KR101632381B1 - 철계금속과립분말을 이용한 철계금속부품 제조방법 - Google Patents

철계금속과립분말을 이용한 철계금속부품 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속분말 및 슬러리 재료를 혼합한 후, 혼합된 철계금속분말과 슬러리를 노즐에 의해 진공의 분무건조실내로 분사하여 철계금속과립분말을 제조하는 과립화 단계(S1); 상기 과립분말을 금형에 충진하고 압축 성형하여 성형품을 제조하는 성형단계(S2); 상기 성형품을 소결로에서 1,100~1,400℃의 온도로 소결시킨 후 냉각하여 소결품을 제조하는 소결 단계(S3); 상기 소결품을 가공하여 치수를 조정하는 정삭 단계(S4);로 이루어진 것을 특징으로 하는 철계금속과립분말을 이용한 철계금속부품 제조방법을 제공한다.

Description

철계금속과립분말을 이용한 철계금속부품 제조방법 {Method of producing an iron-based metal parts using iron-based metal powder granules}
본 발명은 철계금속과립분말을 이용한 철계금속부품 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 평균입경이 5~30um 사이에 있으면서 분말의 90% 이상이 3~50um 사이의 입도분포를 갖는 금속입자를 100~200um 범위의 과립분말화하여 평균입경과 입도분포제어를 통하여 소결구동력을 기존 분말야금방법에 비해 상대적으로 높이고 소결성 개선을 가능하게 분말야금함으로써, 분말사출성형 방법에 의한 기계적 성질과 분말야금 방법에 의한 생산성의 향상을 동시에 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 철계금속과립분말을 이용한 철계금속부품 제조방법에 관한 것이다.
첨부되는 도면과 함께 배경기술을 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 배경기술에 의한 분말야금 방법을 도시한 블록도이고, 도 2는 배경기술에 의한 분말사출성형 방법을 도시한 블록도이다.
도 1과 함께 종래 기술상의 분말야금 방법과 문제점을 살펴보면 다음과 같다.
우선 분말야금(powder metallurgy, 粉末冶金)이란, 금속의 분말을 압축성형한 후, 소결(燒結)하는 방법으로서 다음과 같이 이루어진다.
금속분말을 결합제인 바인더(binder)와 혼합한 후 압축하여 괴(ingot)로 만든 후, 절삭 또는 프레스 가공을 통해서 설계된 모양으로 제품을 만드는 성형단계 가 이루어진다.
상기 성형단계를 거친 제품을 소결로에서 가열하는 소결단계가 이루어진다.
상기 소결단계를 거친 제품을 설계된 치수대로 연삭 또는 절삭하는 정삭단계가 이루어진다.
상기 분말야금 방법에 의하면 50~200um의 조대한 분말을 사용하므로 제품의 기계적 성질, 즉 밀도, 강도, 경도 등을 자동차의 파워스티어링용 구동부품용(로터와 캠링)으로 사용할 만큼 얻을 수 없는 문제점이 있었다.
이렇게 상기 성형단계에서 철계금속분말을 금형으로 압축할 때 압축 강도를 높여서 기계적 성질을 향상시킬 수도 있겠지만, 이 경우 금형이 파손되므로 압축 강도를 높이는 것은 한계가 있을 수밖에 없었다.
따라서 단조나 열처리와 같은 후공정을 필요로 하는 문제점이 있었다.
또한, 분말야금 방법에서는 성형성 확보 및 균일한 제품생산을 위해서 입자 의 크기가 조대한 분말(50~200um)을 사용하여야 한다.
이러한 조대한 분말은 성 형시에 큰 기공을 형성하게 되고, 이러한 큰 기공은 치밀화를 저하시키는 요인으로 작용한다.
이에 금속분말사출성형(Metal Injection Molding)에 적용되는 미세금속분말을 사용하려는 노력도 있었으나, 분말야금방법에 적용하면 분말의 평균입경이 5~10um정도에 불과한 미세한 입자이기 때문에 입자 사이의 응집력으로 금형에 치밀하게 충전되지 않아 성형 시 밀도의 불균일이 발생하는 문제점도 발견되었다.
또한, 충진량이 일정하지 않기 때문에 제품의 균일성이 저하되었다.
일례로써 시장에서 한 되의 콩을 담으면 매번 똑같은 양을 담을 수 있지만, 밀가루를 한 되씩 담으면 담을 때마다 양이 달라지기 때문에 밀가루는 되로 팔지 않는 것과 동일하다.
그리고 미세한 분말일수록 소성변형을 일으키기 어렵기 때문에 분말상태에서 응력을 많이 받게 되고 이는 열처리도중 크랙을 발생할 수 있는 요인이 되며, 금형사이의 공차보다 작은 미세분말은 금형의 파손을 유도하기 때문에 미세분말로 분말야금을 적용하는 것은 문제점이 많다.
상기 미세금속분말을 이용하는 분말사출성형 방법(Metal Injection Molding)을 도 2와 함께 살펴보면 다음과 같다.
금속분말과 결합제인 바인더(binder)를 혼합기에서 혼합하는 혼합단계가 이 루어지고, 상기 혼합단계를 거친 혼합물을 사출성형기에 주입하여 압축성형하므로 설계된 형상대로 제품을 만드는 사출성형단계가 이루어진다.
상기 사출성형단계를 거친 제품을 탈지로에서 가열하므로 바인더를 제거하는 탈지단계가 반드시 포함되어야 한다.
상기 탈지단계를 거친 제품을 소결로에서 가열하는 소결단계가 이루어진다.
상기 소결단계를 거친 제품을 설계된 치수대로 연삭 또는 절삭하는 정삭단계가 이루어진다.
상기에서 탈지단계가 필요한 이유는 금속분말을 사출성형기 내에서 유동성이 좋도록 하기 위해서 왁스 및 고분자를 바인더로 사용하게 되는데, 이러한 왁스 및 고분자는 비활성분위기의 조건에서 열처리시 탄소로 잔류할 수도 있기 때문에 탈 지단계를 통해서 제거해야 할 필요성이 있기 때문이다.
상기 금속분말사출성형 방법에 의하면 탈지단계에서 12~60시간 정도를 상온(常溫)~1,000℃로 가열해야 하는 번거로움이 있었다.
이로 인해서 생산성이 저하되고 연료비가 많이 증가되어 생산 비용이 상승하는 문제점이 있었다.
이와 같은 탈지 단계를 포함하는 내열강 부품의 제조방법을 국내 등록특허공보 제10-1202462호에서 제시한 바 있다.
기존의 철계금속분말을 응집시켜 구상화하는 그래뉼화시키는 금속분말사출성형 방법을 적용하지 못하였다.
그 이유는 그래뉼화과정에서 철계금속분말이 산화되어 이를 성형과정에서 환원시켜야만 하는데 환원과정에서 발생하는 가스로 인하여 원활한 성형이 곤란한 문제가 있었다.
또한, 분말야금 방법이 1~5%의 수축율을 가지는데 반하여 분말사출성형 방법의 수축율 범위는 12~22%로 수축율이 상당히 크며, 3차원적으로 수축율을 제어하기가 쉽지 않다.
대한민국 등록특허공보 제10-1202462호
본 발명은 상기 종래 기술상의 한계점을 극복한 새로운 철계금속부품 제조방법으로, 철계미세금속분말을 뭉쳐서 과립분말을 제조하는 것을 특징으로 하는 철계금속부품의 제조방법을 제공하고자 한다.
이에 본 발명은 하기 단계를 포함하는 철계금속과립분말을 이용한 철계금속부품 제조방법을 제공한다.
철계금속분말 및 슬러리 재료를 혼합한 후, 진공분무건조실내에 노즐에 의해 분사하여 철계금속과립분말을 제조하는 과립화 단계(S1);
상기 철계금속과립분말을 금형에 충진하고 압축 성형하여 성형품을 제조하는 성형단계(S2);
상기 성형품을 소결로에서 1,100~1,400℃의 온도로 소결시킨 후 냉각하여 소결품을 제조하는 소결 단계(S3);
상기 소결품을 연삭 내지 절삭하여 치수를 조정하는 정삭 단계(S4);로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예로 상기 철계금속과립분말은 철(Fe) 96.785 내지 98.065 중량%, 탄소(C) 0.38 내지 1.1 중량%, 실리콘(Si) 0.15 내지 0.35 중량%, 망간(Mn) 0.2 내지 1.0 중량%, 인(P) 0.25 중량% 이하, 황(S) 0.04 중량% 이하, 크롬(Cr) 0.8 내지 1.6 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.15 내지 0.25 중량%, 구리(Cu) 0.3 중량% 이하, 니켈(Ni) 0.2 중량% 이하를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예로 상기 철계금속부품은 크롬몰리브덴강(SCM440) 또는 기계구조용강(S45C), 고탄소크롬베어링강(SUJ2) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예로 철계금속분말 및 슬러리 재료를 혼합과정에서, 상기 철계금속분말이외에 탄소(C), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 망간(Mn) 중 1 이상의 금속을 추가하여 혼합하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예로 상기 철계금속분말 및 슬러리 재료를 혼합은, 용매에 바인더, 가소제, 소포제를 투입하여 혼합하는 슬러리 액상화 단계;
상기 액상화된 슬러리에 철계금속분말을 투입 및 교반 단계;로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예로 투입된 철계금속분말의 입경이 커서 추가적인 분쇄가 필요한 경우,
상기 액상화된 슬러리에 철계금속분말을 투입 및 교반 단계:후
상기 액상화된 슬러리와 철계금속분말을 금속 볼 또는 세라믹 볼을 갖는 원액미립화장치에 공급하여 액상화된 슬러리와 철계금속과립분말을 분쇄 및 분산시키는 단계;를 추가하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예로 상기 과립분말은 평균 입경이 100~200um인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예로 상기 철계금속분말은 평균 입경이 5~30um이고, 입도의 분포가 3~50um인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예로 상기 분무건조실은 진공(0~20mmH2O)밀폐되고 100~300℃ 온도의 열풍이 5~30m3/min 유량으로 공급되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예로 상기 슬러리 재료는 휘발성을 갖는 액체용매 및 바인더, 가소제, 소포제를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예로 상기 액체는 에탄올, 메탄올, 물, 헥산, 및 아세톤으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예로 상기 바인더는 폴리비닐부티랄(polyvinyl butyral, PVB) 및 PVA(polyvinyl alcohol)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예로 압축 성형은 1.0~10ton/cm2의 압력으로 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 철계금속과립분말을 이용한 분말야금 방법은, 과립분말의 형상이 구형에 가깝고, 과립된 분말의 입도가 100~200um로 분말의 유동도가 25~35sec/50g인 입자로 분말야금용 분말의 특성과 유사하여 금형 내부에 충진이 용이하며, 과립화된 철계금속분말이 프레스 성형 시에 과립이 깨지면서 금형 내부에 미세분말을 골고루 충진할 수 있고 균일한 내부 충진으로 소결 후에는 상대밀도를 99%까지 높일 수 있으며, 기계적 특성이 우수한 철계금속부품을 제조할 수 있는 효과가 있다.
또한, 미세한 철계금속분말의 입자가 과립화되어 뭉쳐지고 나서 성형단계에서 압축되므로 철계금속분말을 압축할 때보다 내부의 균일성을 높일 수 있고, 상대적으로 큰 소결 구동력에 의하여 소결 후 높은 밀도를 얻을 수 있어 분말야금 방법을 사용하면서도 배경기술에 의한 분말사출성형방법(Metal Injection Molding) 또는 주조재와 같은 우수한 기계적 성질을 구비한 제품을 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 분말사출성형 방법에서처럼 탈지공정이 필요하지 않기 때문에 제조 공 정이 단순하고 탈지를 위해서 가열할 필요가 없으므로 에너지를 절약할 수 있고 시 간의 절약 효과도 있고, 이로 인해서 생산성을 향상시킬 수 있고 생산 비용을 낮출 수 있는 효과가 있다.
또한, 성형밀도가 높을수록 소결단계 후에 수축률이 적은 것을 알 수 있다.
따라서 본원은 미세한 철계금속분말을 사용하고 과립분말을 압축하여 성형하기 때문에 기존의 분말야금법보다 밀도를 높일 수 있고, 분말사출성형 방법에 비하여 수축률 제어가 용이하고 소결 후에 설계 치수에 근접하는 치수로 소결시킬 수 있다.
따라서 상기 절삭단계에서는 정삭만으로 작업이 완료되어 가공비 절감의 효과도 있다.
또한, 철계금속분말을 응집시켜 구상화하는 과립화(그래뉼)과정에서 철계금속분말이 산화되는 문제점을 해결하여 성형과정에서 환원시 발생하는 가스로 인하여 원활한 성형의 어려움을 해소하여 높은 기계적 특성을 갖는 철계금속부품을 제조할 수 있는 효과도 있다
도 1은 배경기술에 의한 분말야금 방법을 도시한 블록도,
도 2는 배경기술에 의한 분말사출성형 방법을 도시한 블록도,
도 3은 본 발명에 의한 철계금속과립분말을 이용한 철계금속부품 제조방법을 도시한 블록도,
도 4는 본 발명에 의한 철계금속과립분말을 이용한 철계금속부품 제조방법에서 과립화 단계를 도시한 블록도,
도 5는 본 발명에 의한 철계금속과립분말을 이용한 철계금속부품 제조방법에서 과립화 단계를 이미지화하여 도시한 공정도,
도 6은 본 발명에 의한 철계금속과립분말을 이용한 철계금속부품 제조방법에서 금속의 분말이 과립분말로 변형된 상태를 현미경 사진으로 도시한 예시도,
도 7은 본 발명에 의한 철계금속과립분말을 이용한 철계금속부품 제조방법에서 금속의 분말을 과립분말로 성형하는 과립분말 성형기를 도시한 간략도,
도 8은 본 발명에 의한 철계금속과립분말을 이용한 철계금속부품 제조방법에 의해서 금속의 과립분말로 제품을 소결하여 성형하는 과정을 도시한 공정도,
도 9 내지 14는 본 발명에 의한 철계금속분말과 슬러리를 혼합하여 분무건조실에서 분사건조한 과립분말의 확대사진,
도 15는 본 발명에 의한 과립분말을 이용한 성형 후의 소결 후의 사진,
도 16은 본 발명에 의한 과립분말을 이용한 성형 시의 성형압력에 따른 성형밀도의 변화그래프,
도 17은 본 발명에 의한 과립분말을 이용한 소결 시의 계산수축율과 실제수축율의 변화그래프,
도 18은 일반분말야금과 본 발명에 의한 부품의 경면연마면,
도 19는 일반분말야금과 본 발명에 의한 부품의 미세조직(에칭),
도 20은 일반분말야금과 본 발명에 의해 제조된 부품의 강도시험(토크) 비교예.
본 발명은 철계금속분말의 평균입경 5~30um이고, 분말의 90%이상이 입도분포 3~50um인 철계금속분말을 분말야금에 적용함으로써, 기계적 물성은 주조공정 또는 사출성형(Metal Injection Molding)과 비슷하며 생산성 향상 및 생산비용을 절감하고자 한다.
기존의 분말야금공법과 같이 금형 내에서 고르게 충진시키기 위해서 철계금속분말(평균입경 5~30um, 입도분포 3~50um(분말의 90%이상)을 평균입경 100~200um 정도로 과립화하고, 과립화된 분말을 이용하여 분말야금 금형에 충진 후 가압성형 후 소결한다.
과립화된 미세분말이 성형되면서 균일하게 분포되고, 균일하게 분포된 미세분말은 상대적으로 큰 소결 구동력을 제공하므로 소결과정을 거치면서 자동차 파워스티어링용 로터 또는 캠링 등의 자동차부품에 사용되기에 적합한 철계금속부품을 제조할 수 있다.
밀도 향상으로 인한 기계적 성질의 향상이 가능하다.
또한, 미세분말을 사용하는 분말사출성형 방법에 비해 탈지단계를 축소 또는 생략할 수 있기 때문에 생산성의 향상 및 공정시간을 절약할 수 있고 이로 인해서, 생산 비용을 낮출 수 있다.
즉 철계금속미세분말을 과립화하여 분말야금 공정에 적용하고, 이러한 결과물로 주조재의 특성과 유사한 물성을 가지면서 가공량을 최소화할 수 있는 철계금속부품을 제조하는 것을 목적으로 한다.
또한, 철계금속분말을 응집시켜 구상화하는 과립화(그래뉼)과정에서 철계금속분말이 산화되는 문제점이 있었고 산화된 철계금속분말을 성형과정에서 환원시키는데 이때 발생하는 가스로 인하여 원활한 성형에 어려움이 있었으나, 과립화(그래뉼)공정에서 용매에 바인더 등의 첨가제를 미리 첨가하여 혼합된 후 철계금속분말을 용매에 투입시켜 기 혼합된 바인더 및 가소제, 소포제 기타첨가제가 철계금속분말과 결합하여 표면을 코팅하기 때문에 산화를 방지하는 제조방법을 제공한다.
본 발명은 하기 단계를 포함하는 철계금속부품 제조방법을 제공한다.
철계금속분말 및 슬러리 재료를 혼합한 후, 혼합된 철계금속분말과 슬러리를 노즐에 의해 진공의 분무건조실내로 분사하여 철계금속과립분말을 제조하는 단계(S1);
상기 과립분말을 금형에 충진하고 압축 성형하여 성형품을 제조하는 성형단계(S2);
상기 성형품을 소결로에서 1,100~1,400℃의 온도로 소결시킨 후 냉각하여 소결품을 제조하는 소결 단계(S3);
상기 소결품을 연삭 내지 절삭하여 치수를 조정하는 정삭 단계(S4);로 이루어진다.
이하, 첨부되는 도면과 함께 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예를 살펴보면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 의한 철계금속과립분말을 이용한 철계금속부품 제조방법을 도시한 블록도, 도 4는 본 발명에 의한 철계금속과립분말을 이용한 철계금속부품 제조방법에서 과립화 단계를 도시한 블록도, 도 5는 본 발명에 의한 철계금속과립분말을 이용한 철계금속부품 제조방법에서 과립화 단계를 이미지화하여 도시한 공정도, 도 6은 본 발명에 의한 철계금속과립분말을 이용한 철계금속부품 제조방법에서 금속합금의 분말이 과립분말로 변형된 상태를 현미경 사진으로 도시한 예시도, 도 7은 본 발명에 의한 철계금속과립분말을 이용한 철계금속부품 제조방법에서 미세한 금속분말을 과립분말로 성형하는 과립분말 성형기를 도시한 간략도, 도 8은 본 발명에 의한 철계과립분말을 이용한 철계금속부품 제조방법에 의해서 금속의 과립분말로 제품을 소결하여 성형하는 과정을 도시한 공정도로서 함께 설명한다.
본 발명은 철계금속분말(P)의 입자를 뭉쳐서 과립분말(G)을 제조하는 과립화 단계가 이루어지고, 상기 과립분말(G)을 이용하여 분말야금이 이루어진다.
따라서 분말야금(powder metallurgy, 粉末冶金) 방법의 단순한 공정과 분말사출성형 방법(Metal Injection Molding)으로 인한 제품의 우수한 기계적 성질을 얻을 수 있는 것을 특징으로 한다.
이를 위한 본 발명의 과립분말을 이용한 철계금속부품 제조방법을 도 3과 함께 살펴보면 다음과 같다.
철계금속분말(P)의 입자를 뭉쳐서 과립분말(G)을 제조하는 과립화 단계가 이루어지고, 상기 과립화 단계 이후에, 상기 과립분말(G)을 압축하여 모양을 만드는 성형단계가 이루어진다.
상기 성형단계를 거친 성형품(M)을 소결로에서 가열하는 소결단계를 포함하여 이루어진다.
상기 소결단계 이후에 소결품(M)을 정확한 치수로 연삭 내지는 절삭하는 정삭단계가 이루어진다.
상기 과립화 단계를 도 4와 함께 살펴보면 다음과 같다.
상기 금속분말(P)과 상기 금속분말(P)과 혼합되는 슬러리 재료를 준비하는 슬러리 준비단계가 이루어지고, 상기 슬러리 준비단계 이후에, 상기 슬러리를 혼합하는 혼합단계가 이루어진다.
상기 혼합단계를 거친 슬러리를 열풍 속으로 분사하는 분사건조단계를 포함한다.
상기 성형단계는 도 8에서처럼, 과립분말(G)을 프레스기의 금형에 원판 또는 블록 형상의 괴(I, ingot)가 되도록 충진하고 압축 성형한다.
상기 소결단계에서는 성형된 성형품(M)을 소결로에서 가열한 후 상온(常溫)에서 냉각시킨다.
상기 정삭단계에서는 소결된 소결품(M)을 정확한 치수로 조정한다.
상기 본 발명을 단계별로 보다 상세하게 살펴보면 다음과 같다.
(1) 과립화 단계;
상기 슬러리 준비단계에서는 철계금속분말(P)과 슬러리 재료를 준비하게 되는데, 상기 철계금속분말(P)은 미세분말을 사용하는 것으로, 평균 입경이 5~30um이고 입도분포는 3~50um (분말의90%이상)인 것을 사용한다.
과립화된 미세분말이 성형되면서 균일하게 분포되고, 균일하게 분포된 미세분말은 상대적으로 큰 소결 구동력을 제공하므로 소결과정을 거치면서 자동차 파워스티어링용 로터 또는 캠링 등의 자동차부품에 사용되기에 적합한 철계금속부품을 제조할 수 있다.
밀도 향상으로 인한 기계적 성질의 향상이 가능하다.
상기 철계금속분말(P)의 소재는 자동차 파워스티어링용 로터 또는 캠링에 사용되는 철(Fe) 96.785 내지 98.065 중량%, 탄소(C) 0.38 내지 1.1 중량%, 실리콘(Si) 0.15 내지 0.35 중량%, 망간(Mn) 0.2 내지 1.0 중량%, 인(P) 0.25 중량% 이하, 황(S) 0.04 중량% 이하, 크롬(Cr) 0.8 내지 1.6 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.15 내지 0.25 중량%, 구리(Cu) 0.3 중량% 이하, 니켈(Ni) 0.2 중량% 이하를 포함하는 것이 본 발명의 제조방법을 적용하기에 적합하며, 상기 철계금속분말에 의해 인장강도 등의 기계적 성질이 주조품 또는 가공품과 동등수준으로 획득된다.
본 발명에서는 기본적으로 비용절감을 위하여, 분말야금공정의 경우 원하는 재종의 분말을 구입하기도 하지만 철계금속분말의 경우 미소량의 탄소(C), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 망간(Mn)의 함량에 따라 다양한 재종이 변경되기 때문에 동일한 철계금속분말을 대량구매하고, 요구되는 기계적 성질에 따라 탄소(C), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 망간(Mn) 중 1 이상의 금속을 추가하여 혼합하는 방식으로 재종의 변경시켜 소재 구입비용을 절감할 수 있다.
본 발명의 철계금속분말은 평균 입경이 5~30이고, 입도의 분포가 3~50um인데, 철계금속분말을 5um 이하로 하는 경우에는 과립화(그래뉼)공정시 철계금속분말을 중력으로 인한 침전을 줄일 수 있으나, 분말의 비표면적 증가로 인한 산화가 상대적으로 크며, 압축성형시 소성변형에 큰 동력이 필요하고, 철계금속분말을 30um 이상으로 하는 경우에는 그래뉼공정시 철계금속분말이 슬러리상태에서 중력으로 인한 침전이 발생하여 균일한 과립화(그래뉼)된 입도를 확보하기 어렵고, 큰 과립분말은 성형 후 소결시 비정상결정립성장 및 큰 기공을 유발하여 소결시 치밀화를 방해하여 상대적으로 고밀도를 얻을 수 없으며, 큰 기공으로 인한 응력집중으로 인한 기계적 특성이 저하될 수 있다.
상기 슬러리 재료는 상기 철계금속분말(P)이 유동성을 구비하여 분사가 가능하도록 하는 액체(E)가 구성되고, 상기 철계금속분말(P)이 뭉쳐지도록 하는 바인더(B, binder)를 포함한다.
상기 액체(E)와 바인더(B)는 휘발성을 구비한 것으로서 상기 액체(E)는 에탄올, 물을 사용할 수 있고, 바인더로는 폴리비닐부티랄(polyvinyl butyral, PVB) 또는 PVA(polyvinyl alcohol)를 사용할 수 있고, 바인더는 과립화시의 결합력을 부여하는 기능을 수행한다.
또한 가소제로 PEG(polyethylene glycol) 또는 DOP(dioctyl phthalate)를 사용할 수 있다.
소포제로는 실리콘타입 또는 폴리머타입을 사용한다. 또한 철계금속분말 표면에 바인더 및 가소제만으로도 약간의 윤활특성이 부여되기 때문에 특별히 성형에 문제가 없으나, 성형 시 윤활특성이 낮아 성형체를 금형으로부터 취출하기 어려울 경우에는 윤활특성을 부여하기 위하여 윤활제를 첨가하기도 한다.
바람직하게는 액체로는 에탄올을 사용하고 바인더(B)는 폴리비닐 부티랄(polyvinyl butyral, PVB)를 사용하는 것이 금속분말의 산화를 방지하는 면에서 바람직하다.
용매를 비수계인 에탄올을 사용하는 경우는 철계금속분말의 산화를 억제하기 위해서이고, 물(수계)을 사용하는 경우는 에탄올에 비하여 산화가 크고 용매로 물을 사용하게 되면 소결시 환원분위기를 이용하여 산화층을 환원시켜야 한다.
철계금속분말의 과립화를 위한 구성성분은 용매 20 내지 65 중량%, 철계금속분말 100 중량%, 바인더는 철계금속분말의 0.3 내지 2중량%, 가소제는 철계금속분말의 0.2 내지 1중량%, 소포제는 철계금속분말의 0.2 내지 1중량%의 조성비를 갖는다.
상기 혼합단계는 바인더를 용액에 우선 녹인 다음 슬러리 재료인 바인더, 가소제, 소포제를 원액공급장치에 투입하여 혼합한다.
이후 철계금속분말을 원액공급장치에 투입시켜 혼합 분산시킨다.
이외에도 다양한 혼합기 타입를 사용할 수 있음은 물론이다.
이때 일례로서 상기 혼합단계의 시간은 30분 내지 1시간 동안 수행한다.
상기 원액공급장치내의 원액의 철계금속입자가 크거나, 분산이 충분하지 않을 경우에는 금속 볼 또는 세라믹 볼을 구비한 원액미립화장치에서 추가적인 분쇄 및 분산시키기도 한다.
또한, 분사건조의 한 방법으로는 도 7에서 개시된 분무건조실 내부에 분무노즐을 설치하고, 분무노즐에 의하여 분무건조실의 상부방향으로 원액을 분무한다.
이때 분무건조실의 압력은 대기압보다 낮은 진공상태를 유지하여야 한다,
이러한 진공상태를 유지하기 위해 분무건조실의 노즐 하측에 위치한 배기장치에서 분무건조실내에 공급된 열풍과 열풍에 의해 기화된 용매를 배기한다.
노즐에 의해 분무된 원액은 분무건조실의 상부방향으로 물방울 형태로 흩어지고 구형상의 슬러리가 그대로 건조되면서 용매는 휘발되고 구형의 과립분말(G)이 형성된다.
이때 과립분말(G)은 바인더(B)의 결합력 및 분말의 응집력(반데르발스의 힘)에 의해서 철계금속분말(P)의 입자가 다수 개 결합된 상태가 된다.
이렇게 철계금속분말(P)의 입자가 다수 개 결합된 과립분말(G)은 중량에 의해 분무건조실의 하부로 낙하되고, 분무건조실 하부에 설치된 제품회수장치에 의하여 과립분말(G)을 인출한다.
이때 주입되는 열풍의 온도는 100~300℃이고, 5~30m3/min의 유량으로 공급되도록 한다.
이렇게 제조 형성된 과립분말(G)입자 평균입경은 100~200um인데, 과립분말(G)입자를 100um 이하로 하는 경우에는 과립분말(G)끼리의 응집력으로 인하여 분말의 유동도가 떨어지고, 이에 따른 충진의 재현성이 떨어질 수 있다.
또한, 과립분말(G)입자를 200um 이상으로 하는 경우에는 분말의 회수율이 저하될 수 있다.
본 과립화(그래뉼)공정에서 용매(물)에 철계금속분말을 투입함에도 산화를 방지하는 가장 큰 이유는 용매에 바인더 등의 첨가제를 미리 첨가하여 금속분말이 용매에 들어가는 순간 바인더, 가소제, 소포제가 철계금속분말과 결합하여 표면을 코팅하기 때문에 산화를 방지하게 된다.
산화를 방지하기 위해서 비수계의 에탄올 등의 용매를 사용할 경우 이에 따른 장비의 비용도 증가하고 원재료(용매)비용도 증가하여 최종적으로 제조비용이 증가하나, 성형 시 산화층을 감소시키거나, 소결하면서 환원시켜 산화문제를 해결함으로 인해서, 용매를 물(수계)을 사용하여 과립화(그래뉼)시키면 용매비용을 낮출 수 있고, 산화억제도 가능하다.
(2) 성형단계;
상기 성형단계는 도 8에서처럼, 과립분말(G)을 프레스기의 금형에 원판 또는 블록 형상의 괴(I, ingot)가 되도록 충진하고 압축 성형한다.
이때 과립분말(G)의 입자는 철계금속분말(P)의 입자보다 지름이 10배 이상 크고 구형의 형상을 가지기 때문에 중력에 의해서 유동성이 우수하게 된다.
따라서 금형 내부에 골고루 충진 되는 이점이 있다.
이러한 현상은 금형 내부에 밀가루를 넣는 것보다 쌀알을 넣을 때 더 고르게 충전되는 것과 같은 원리이다.
그러고 나서, 프레스기를 이용하여 성형하므로, 제품화되는 제품에 맞게 성형품(M)의 모양이 완성되도록 한다.
즉 과립분말(G)을 프레스기의 금형에 원판 또는 블록 형상의 괴(I, ingot)가 되도록 충진하고 압축 성형할 때, 상기 과립분말(G)은 과립형상이 깨어지면서 분할된 미세한 금속분말(P)이 금형 내부에 골고루 충전되는 이점이 있다.
이렇게 블록 형상이 괴(I)를 성형한 후, 프레스 기계를 이용하여 링 형상과 같은 다양한 모양으로 성형하므로 성형품(M)의 모양을 제조한다.
(3) 소결단계;
상기 소결단계에서는 성형품(M)을 소결로에서 1,100~1,400℃로 수소, 질소 분위기에서 18분 내지 3시간 유지한 후 상온(常溫)에서 냉각시켜 소결품(M)을 제조한다.
상기 바인더(B)는 소결로에서 휘발되어 제거되는데, 특히 폴리비닐 부티랄을 사용하면 특성상 소결로에서 가열에 의해 휘발되어 더 용이하게 제거된다.
이때 H2 또는 N2-H2 분위기에서 소결하므로 산소의 유입으로 인한 산화 현상이 방지될 수 있도록 하였다.
(4) 정삭단계;
상기 정삭단계에서는 소결단계에서 제조된 소결품(M)을 정확한 치수로 연삭 내지는 절삭하여 치수를 조정한다.
상기 정삭 방법은 제한되지 않는다.
이하, 본 발명을 실시예를 참조하여 보다 상세히 설명하나, 본 발명이 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
* 과립화 단계
본 발명은 아래 표 1 및 표 2에서처럼 실시예 1 내지 6으로 구분하여 조성을 하여 슬러리를 제조하였다.
용기는 동일하게 100㎖로 하고 볼밀의 볼은 동일한 중량으로 준비하였다.
실시예 1 내지 3은 철계금속분말과 폴리비닐 부티랄(PVB(Polyvinyl butval)) 및 에탄올의 용량을 상이하게 준비하여 1시간 동안 혼합하였다.
실시예 4 내지 6은 철계금속분말과 PVA(polyvinyl alcohol), PEG(polyethylene glycol), 증류수의 용량을 상이하게 준비하여 1시간 동안 혼합하였다.
상기 실시예 1 내지 6을 준비한 후, 분무건조실 내에 슬러리를 분무시키고, 130℃의 열풍을 공급하였다.
이때 진공압력은 10~20 mmH2O이었다.
그 결과 5~30um의 금속분말(P)의 입자가 모여서 100~200um의 평균입자가 된 것을 알 수 있었다.
즉 과립분말(G)이 형성된 것을 확인하였다.
도 9 내지 도 14는 실시예 1 내지 6에 대한 전자현미경 사진으로서. 이를 확인할 수 있다.
비수계 실시예 1 실시예 2 실시예 3
무게(g) 부피 (㎖) 무게(g) 부피 (㎖) 무게(g) 부피 (㎖)
용기 100 100 100
철계금속분말 100 13 100 13 100 19
PVB(성형제) 1.0 1.0 1.2 1.2 1.5 1.5
에탄올(용매) 46 58 46 58 46 58
온도 100 100 100
S/L 17.7% 17.6% 17.6%
수계 실시예 4 실시예 5 실시예 6
무게(g) 부피 (㎖) 무게(g) 부피 (㎖) 무게(g) 부피 (㎖)
용기 100 100 100
철계금속분말 100 13 100 13 100 19
PVA(성형제) 1.0 1.0 0.5 0.5 0.5 0.5
증류수(용매) 59 59 59 59 59 59
PEG 0 0 0.5 0.5
소포제 0.2 0.2 0.4
온도 100 100 100
S/L 18% 18% 18%
* 성형단계
분무 건조된 분말의 특성 및 제품 생산 공정의 최적화를 위해 일축 가압 성 형을 표 3과 같이 성형하였으며, 성형압력을 각각 2ton/cm2, 4ton/cm2, 5ton/cm2, 6ton/cm2, 7ton/cm2로 시험하였다.
그 결과를 성형체 밀도는 4.8318 내지 5.2454(g/cm3)로 성형압력의 증대에 따란 성형체의 밀도가 증가하는 것을 확인하였다.
도 15에는 표 3의 성형압력에 따른 성형 후의 사진과 소결 후의 사진이다.
단위면적당하중
(ton/cm2)		 성형체밀도
(g/cm3)		 소결수축률
(지름방향)		 소결체밀도
(g/cm3)		 소결체비중
(겉보기비중)		 경도값
(Hv)		 상대밀도
3 4.8318 13.1667 7.4420 7.3869 448.30 95.0%
4.8324 12.8333 7.3619 7.4055 456.73 95.2%
4 4.9259 12.4167 7.4327 7.4609 478.20 96.0%
4.9576 12.2500 7.4198 7.4611 467.13 96.0%
5 5.0419 12.0000 7.4728 7.4813 490.53 96.2%
5.0345 12.0000 7.4701 7.4728 480.50 96.1%
6 5.1057 11.3333 7.4561 7.4848 500.63 96.3%
5.1223 11.4167 7.4712 7.4944 494.47 96.4%
7 5.1850 11.0000 7.4995 7.5088 504.40 96.6%
5.2454 11.2500 7.5183 7.4903 504.63 96.3%
* 소결단계
가압 성형된 성형체를 고온 진공 배치로와 연속로에서 소결하였으며, 소결온도 1,300℃에서 소결하였으며 분위기는 수소, 질소-수소 분위기로 소결하였다.
도 15는 성형체의 소결 후 사진이다.
상기 과립분말(G)을 사용하여 상기처럼 성형 및 소결된 시편의 압력별에 따른 성형밀도, 소결수축률, 소결체 밀도, 경도, 상대밀도를 측정한 바, 단위 압력별 성형밀도를 알 수 있고, 수축률과의 상관관계를 확 인한 바 다음 그래프를 얻을 수 있었다.(도 16과 도 17)
즉 도 16에서 확인할 수 있는 것과 같이 성형압력에 따른 성형밀도의 값이 2.48ton/cm2까지는 급격하게 증가하다가, 2.48ton/cm2 이상에서는 설형밀도가 증가되는 기울기가 감소됨을 알 수 있고, 단위 면적당 성형압력을 조절하면 성형체의 밀도를 조절할 수 있고, 이에 따라 수축률이 정해지는 것을 알 수 있다.
도 17은 계산수축율은 이론밀도 100%을 달성하는 것으로 의미하고, 실제수축율이란 실제밀도가 100%이만임을 의미하는 것으로, 이론밀도인 계산수축율과 실제축율간의 관계가 일정한 관계를 즉, 1%정도의 밀도값을 갖고 있으므로, 이 관계값을 알고 있으면 원하는 실제밀도를 얻을 수 있다.
상기 발명에 의하면 금형 내부에 과립분말(G)의 입자가 금속분말(P)보다 10 배 이상 크기 때문에 골고루 용이하게 충전될 수 있다.
따라서 소결 후에는 밀도 가 고른 제품(M)을 성형할 수 있다.
그리고, 금속분말(P)의 입자가 과립화되어 뭉쳐지고 나서 성형단계에서 압축 되므로 분말야금의 분말을 압축할 때보다 균일한 충진을 얻을 수 있고, 소결구동력이 큰 미세금속분말을 사용하므로 소결 시 치밀화를 유도할 수 있기 때문에 기존 분말야금공법에 비해서 상대적으로 높은 밀도를 얻을 수 있는 이점이 있다.
따라서 배경기술에 의한 분말사출성형 방법(Metal Injection Molding)에서처럼 우수한 기계적 성질을 구비한 제품(M)을 얻을 수 있는 이점이 있다.
또한, 분말사출성형 방법에서처럼 탈지공정이 필요하지 않기 때문에 제조공 정이 단순하고 탈지를 위해서 가열할 필요가 없으므로 연료 절약 및 공정을 줄일 수 있어 제조공정비용 절감 관리비용 절감을 할 수 있는 이점이 있다.
따라서 생산성을 향상시킬 수 있고 생산 비용을 낮출 수 있는 이점이 있다.
상기 실험 예에서처럼, 본원은 미세금속분말로 구성된 과립분말(G)을 압축하여 성형하기 때문에 기존의 금속분말(P) 보다 밀도를 높일 수 있고 수축율 제어가 용이하여 소결 후에 설계 치수에 근접하는 치수로 소결시킬 수 있다.
따라서 상기 절삭단계에서는 정삭만으로 작업이 완료되는 이점이 있다.
도 18과 도 19는 일반분말야금에 의한 제조방법으로 제조된 시편과 본 발명의 고밀도분말야금에 의한 제조방법에 의해 제조된 시편의 경면연마면과 에칭단면 사진이다, 기존 분말야금품의 기공률 약 10% 내외이고, 본 발명에 의한 고강도 분말야금품의 기공률은 약 1%인데, 이는 주조품(가공품)과 유사하게 조직의 치밀성이 있음을 알 수 있다.
* 기계적 강도시험
도 20은 일반분말야금과 본 발명에 의해 제조된 부품의 강도시험(토크) 비교예이다.
동일한 부품인 로터 날개의 토크값 측정(압축시험 응용을 위함)비교하였다.
기존 분말야금품의 경우 토크값이 15kgf*m 이었으나, 본 발명의 고밀도 분말야금품의 토크값은 25kgf*m 으로 기존분말야금대비 166% 향상되었으며, 이는 주조품의 강도와 동등수준으로 평가되어 현재 자동차용 오일펌프용으로 사용되고 있는 부품과 동등한 토크값을 나타내었다.
본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아 님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당 업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형례와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
P : 철계금속분말 B : 바인더
G : 과립분말 E: 액체
M : 제품 I : 잉곳

Claims (13)

  1. 철계금속분말 및 슬러리 재료를 혼합한 후, 혼합된 철계금속분말과 슬러리를 노즐로 진공밀폐되고 100~300℃ 온도의 열풍이 5~30m3/min 유량으로 공급되는 분무건조실내로 분사하여 철계금속과립분말을 제조하는 과립화 단계(S1);
    상기 철계금속과립분말을 금형에 충진하고 압축 성형하여 성형품을 제조하는 성형단계(S2);
    상기 성형품을 소결로에서 1,100~1,400℃의 온도로 소결시킨 후 냉각하여 소결품을 제조하는 소결 단계(S3);
    상기 소결품을 가공하여 치수를 조정하는 정삭 단계(S4);로 이루어지며,
    상기 과립화 단계(S1)에서,
    상기 철계금속분말은 철(Fe) 96.785 내지 98.065 중량%, 탄소(C) 0.38 내지 1.1 중량%, 실리콘(Si) 0.15 내지 0.35 중량%, 망간(Mn) 0.2 내지 1.0 중량%, 인(P) 0.25 중량% 이하, 황(S) 0.04 중량% 이하, 크롬(Cr) 0.8 내지 1.6 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.15 내기 0.25 중량%, 구리(Cu) 0.3 중량% 이하, 니켈(Ni) 0.2 중량% 이하를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 철계금속과립분말을 이용한 철계금속부품 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 철계금속부품은 크롬몰리브덴강(SCM440) 또는 기계구조용강(S45C), 고탄소크롬베어링강(SUJ2) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 철계금속과립분말을 이용한 철계금속부품 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    철계금속분말 및 슬러리 재료를 혼합과정에서,
    상기 철계금속분말이외에 탄소(C), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 망간(Mn) 중 1 이상의 금속을 추가하여 혼합하는 것을 특징으로 하는 철계금속과립분말을 이용한 철계금속부품 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 철계금속분말 및 슬러리 재료를 혼합은,
    용매에 바인더, 가소제, 소포제를 투입하여 혼합하는 슬러리 액상화 단계;
    상기 액상화된 슬러리에 철계금속분말을 투입 및 교반 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 철계금속과립분말을 이용한 철계금속부품 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    투입된 철계금속분말의 입경이 커서 추가적인 분쇄가 필요한 경우,
    상기 액상화된 슬러리에 철계금속분말을 투입 및 교반 단계:후
    상기 액상화된 슬러리와 철계금속분말을 금속 볼 또는 세라믹 볼을 갖는 원액미립화장치에 공급하여 액상화된 슬러리와 철계금속분말을 분쇄 및 분산시키는 단계;를 추가하는 것을 특징으로 하는 철계금속과립분말을 이용한 철계금속부품 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 철계금속과립분말은 평균입경이 100~200um인 것을 특징으로 하는 철계금속과립분말을 이용한 철계금속부품 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 철계금속분말은 평균 입경이 5~30um이고, 입도의 분포가 3~50um인 것을 특징으로 하는 철계금속과립분말을 이용한 철계금속부품 제조방법.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 슬러리 재료는 휘발성을 갖는 액체용매 및 바인더, 가소제, 소포제를 포함하는 것을 특징으로 하는 철계금속과립분말을 이용한 철계금속부품 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 액체는 에탄올, 메탄올, 헥산, 아세톤, 물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 철계금속과립분말을 이용한 철계금속부품 제조방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 바인더는 폴리비닐부티랄(polyvinyl butyral, PVB) 및 PVA(polyvinyl alcohol)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 철계금속과립분말을 이용한 철계금속부품 제조방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 압축 성형은 1.0~10ton/cm2의 압력으로 수행되는 것을 특징으로 하는 철계금속과립분말을 이용한 철계금속부품 제조방법.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110253026A (zh) * 2019-07-04 2019-09-20 南通三优佳磁业有限公司 用于磁粉生产的喷雾式造球装置
KR20200075463A (ko) * 2018-12-18 2020-06-26 주식회사 엔이피 자동차 조향장치에 사용되는 철계금속부품 제조방법
CN114210974A (zh) * 2021-12-17 2022-03-22 武汉苏泊尔炊具有限公司 炊具及其制造方法
KR20230099261A (ko) * 2021-12-27 2023-07-04 삼화스틸 주식회사 구형 금속분말의 제조방법

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108941573A (zh) * 2018-06-26 2018-12-07 深圳市鑫迪科技有限公司 用于金属粉末注射成型的喂料粉末

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100291498B1 (ko) * 1998-07-02 2001-06-01 안상철 탄환용드라이빙밴드및그제조방법
KR20050051528A (ko) * 2003-11-26 2005-06-01 세이코 엡슨 가부시키가이샤 소결용 원료 분말 또는 소결용 과립 분말, 및 이의 소결체
KR101202462B1 (ko) 2010-05-13 2012-11-16 한국피아이엠(주) 내열강 부품 및 그 제조방법
KR20150067546A (ko) * 2013-12-10 2015-06-18 손우창 금속철 과립 및 그 제조 방법

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0778594B1 (en) * 1995-06-26 2004-09-29 Neomax Co., Ltd. Process for producing sintered rare earth magnet
CN101462168A (zh) * 2007-12-18 2009-06-24 上海大学 高密度大面积超薄钨铜合金粉末生坯的制备方法
US20090181179A1 (en) * 2008-01-11 2009-07-16 Climax Engineered Materials, Llc Sodium/Molybdenum Composite Metal Powders, Products Thereof, and Methods for Producing Photovoltaic Cells
CN101491832B (zh) * 2008-01-22 2010-09-01 上海中洲特种合金材料有限公司 普通钢球表面包复钴铬钨合金的方法
CN101797641A (zh) * 2009-02-05 2010-08-11 台耀科技股份有限公司 烧结硬化原料粉末及其烧结体
CN102433482A (zh) * 2010-09-29 2012-05-02 成都邦普合金材料有限公司 一种Ti(CN)金属陶瓷的木工刀具材料及其制备方法
TWI522192B (zh) * 2012-07-31 2016-02-21 台耀科技股份有限公司 生產粉末冶金工件的方法及其工件
CN102814500B (zh) * 2012-08-09 2014-04-09 山东鼎成新材料有限公司 一种用不锈钢粉末生产高密度制品的方法
CN105268975B (zh) * 2014-07-11 2017-08-29 台耀科技股份有限公司 高密度粉末冶金金属软磁材料的制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100291498B1 (ko) * 1998-07-02 2001-06-01 안상철 탄환용드라이빙밴드및그제조방법
KR20050051528A (ko) * 2003-11-26 2005-06-01 세이코 엡슨 가부시키가이샤 소결용 원료 분말 또는 소결용 과립 분말, 및 이의 소결체
KR101202462B1 (ko) 2010-05-13 2012-11-16 한국피아이엠(주) 내열강 부품 및 그 제조방법
KR20150067546A (ko) * 2013-12-10 2015-06-18 손우창 금속철 과립 및 그 제조 방법

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200075463A (ko) * 2018-12-18 2020-06-26 주식회사 엔이피 자동차 조향장치에 사용되는 철계금속부품 제조방법
KR102130490B1 (ko) * 2018-12-18 2020-07-06 주식회사 엔이피 자동차 조향장치에 사용되는 철계금속부품 제조방법
CN110253026A (zh) * 2019-07-04 2019-09-20 南通三优佳磁业有限公司 用于磁粉生产的喷雾式造球装置
CN114210974A (zh) * 2021-12-17 2022-03-22 武汉苏泊尔炊具有限公司 炊具及其制造方法
CN114210974B (zh) * 2021-12-17 2023-11-03 武汉苏泊尔炊具有限公司 炊具及其制造方法
KR20230099261A (ko) * 2021-12-27 2023-07-04 삼화스틸 주식회사 구형 금속분말의 제조방법
WO2023128182A1 (ko) * 2021-12-27 2023-07-06 삼화스틸 주식회사 구형 금속분말의 제조방법
KR102687047B1 (ko) * 2021-12-27 2024-07-23 삼화스틸 주식회사 구형 금속분말의 제조방법

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