KR102103376B1 - 초경합금 및 이의 제조방법 - Google Patents

초경합금 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

서로 다른 크기의 초경합금 분말들로 형성된 소결체; 및 초경합금 및 바인더 금속의 반응층을 포함하고, 상기 소결체의 외주부를 둘러싸는 코팅층;을 포함하는 초경합금이 제공된다. 상기 초경합금은, 입자 분포에 의한 기공 분포 제어 및 외부 기공의 폐기공화를 통해 외부 압력 전달을 가능하게 하여 내부 기공을 효과적으로 제어할 수 있게 함으로써 고밀도 및 고강도의 물성을 나타낼 수 있는 효과가 있다.

Description

초경합금 및 이의 제조방법 {Cemented carbide and its manufacturing method}
본 발명은 초경합금 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
초경합금은 금속의 탄화물 분말을 소성하여 만들며, 경도가 대단히 높은 합금이다. 원소주기율표 제 Ⅳ·Ⅴ·Ⅵ족의 전이금속 탄화물가루와 철족 금속가루를 함께 소결하여 만든 복합 합금으로 여러 가지를 조합할 수 있으나, 그 가운데에서도 실온부터 고온까지 기계적 성질이 특히 우수한 WC-Co계 합금(WC-Co, WC-TiC-TaC-Co)이 대표적이다.
초경합금은 고용융점을 갖는 금속으로 이루어지기 때문에, 기본적으로 소결이 힘들어 기존에는 연성 바인더를 사용해 소결하거나 초고온에서 소결을 수행하였다. 일반적으로 텅스텐카바이드(WC)에 코발트(Co), 철(Fe), 니켈(Ni)과 같은 금속 바인더를 혼합한 초경합금은 높은 경도와 내마모성으로 인하여 공구 및 내마모용 소재로 널리 사용되고 있다. 다만, 초경합금의 기계적 특성은 탄화물 입자의 크기 및 조성에 따라 좌우되며 입자의 크기가 미세할수록, 바인더의 양이 줄어들수록 초경합금의 경도는 증가하는 것으로 알려져 있어 문제가 있었다.
그에 따라 연성의 바인더 함량을 줄이는 방법이 일반적으로 사용되었고, 이렇게 바인더의 첨가량을 줄이는 방법은 소결에 어려움을 만들게 되었다. 이를 해결하기 위해 소결 온도를 초고온으로 높이는 등의 방법이 주로 사용되었으며, 그로 인해 생산성 저하와 비용의 상승과 함께 초경 소결체의 입자 성장으로 기계적 물성이 현저하게 저하되는 문제점이 있었다.
예를 들어, 대한민국 등록특허 제10-1001903호는 고밀도 초경합금의 제조방법에 관한 발명으로, 초경합금 성형을 위한 재료를 준비하는 재료준비단계, 준비된 재료를 혼합하는 재료혼합단계, 재료에 압력을 가하여 성형하는 가압성형단계, 성형된 성형체 내부에 포함된 성형보조제를 제거하는 탈바인딩단계, 탈바인딩된 성형체를 진공 소결하는 진공소결단계, 진공소결된 소결체를 열간정수압으로 가압하여 초경합금을 형성하는 열간정수압단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고밀도 초경합금의 제조방법에 대하여 개시하고 있다.
또한, 대한민국 등록특허 제10-0170453호는 절삭공구용초경합금 및 피복초경합금에 관한 발명으로, 결합상으로서 4∼10 중량%의 Co를 함유한 WC기 초경합금으로서, 이 합금단면의 경면연마조직에 있어서의 비율로 경질상인 WC결정의 70 %이상이 입도 0.1 ∼1 ㎛이 미립자 A와 입도 3∼10 ㎛의 조립자 B의 어느 하나로 이루어지고, 이 미립자 A와 조립자 B의 면적비율 SA/SB 가 0.22∼0.45인 WC기 초경합금으로 이루어진 기재와; 이 초경합금의 표면에 배치된, 전체의 막두께가 5∼100㎛의 피복층으로 이루어지고, 상기 피복층은 적어도, Ti, Zr 및/또는 HF의 탄화물, 질화물, 탄질화물, 탄산화물 또는 붕질화물을 함유한 1이상의 층과; 적어도 Ti, Zr혹은 Hf의 산화물 또는 Al2O3 을 함유한 1 이상의 층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 피복초경합금에 대하여 개시하고 있다.
이에, 생산성 및 비용에 대한 문제점을 해결하고, 성형이 어려운 고융점의 초경합금을 고밀도로 제조할 수 있는 연구가 필요하게 되었다.
대한민국 등록특허 제10-1001903호 대한민국 등록특허 제10-0170453호
본 발명의 일 측면에서의 목적은 고밀도 성형 및 소결이 어려운 고강도 초경합금을 고밀도화 시킬 수 있는 초경합금의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 측면에서
서로 다른 크기의 초경합금 분말들로 형성된 소결체; 및
초경합금 및 바인더 금속의 반응층을 포함하고, 상기 소결체의 외주부를 둘러싸는 코팅층;을 포함하는 초경합금이 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 측면에서
서로 다른 크기의 초경합금 분말들로 성형체를 형성하는 단계;
상기 형성된 성형체 외부에 상기 초경합금과 반응층을 형성할 수 있는 바인더 금속을 도포하는 단계; 및
상기 바인더 금속이 도포된 성형체를 소결하는 단계;를 포함하는 초경합금의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 일 측면에서 제공되는 초경합금은 외부 기공을 차단하여 소결 시 외부로부터 가하여지는 압력을 내부로 전달해 균일하게 수축시킬 수 있어 고밀도화가 가능하며, 외부 충격 완화 특성이 향상되는 효과가 있고,
또한, 본 발명의 다른 측면에서 제공되는 초경합금의 제조방법은, 저융점의 바인더 금속을 도포함에 따라 비교적 저온에서 소결과정을 수행할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 본 발명의 일 실시예에 따른 초경합금 제조방법의 원리를 나타내는 모식도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 성형체를 형성하는 과정 및 본 발명의 일 실시예에 따른 기공제어 원리를 보여주는 순서도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초경합금 제조방법의 과정을 보여주는 순서도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초경합금의 형태를 보여주는 이미지이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초경합금의 제조 과정을 보여주는 모식도이다.
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.
본 발명의 일 측면에서
서로 다른 크기의 초경합금 분말들로 형성된 소결체; 및
초경합금 및 바인더 금속의 반응층을 포함하고, 상기 소결체의 외주부를 둘러싸는 코팅층;을 포함하는 초경합금이 제공된다.
이하에서, 코팅층은 성형체 외부 표면에 도포된 저융점의 바인더 금속이 외부로부터 열과 압력을 받았을 경우 바인더 금속의 용융에 의하여 소결체의 외주부에 형성되는 층을 의미한다.
상기 초경합금에서 초경합금 분말은 텅스텐 카바이드(WC), 티타늄 카바이드(TiC) 및 탄탈륨 카바이드(TaC)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 물질들은 아주 높은 온도의 용융점을 갖고 경도가 높아 본 발명의 분말로 사용되기에 바람직하다.
또한, 상기 초경합금 분말은 상기 텅스텐 카바이드(WC), 티타늄 카바이드(TiC) 및 탄탈륨 카바이드(TaC)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상과 금속으로 구성된 복합 초경합금 분말일 수 있다. 예를 들어, 상기 금속은 코발트(Co)인 복합 초경합금 분말일 수 있다. 구체예로서, WC-Co, WC-TiC-Co, WC-TiC-TaC-Co 등일 수 있으나 이에 제한되지는 않는다.
상기 서로 다른 크기의 초경합금 분말들은, 예를 들어 두 가지의 크기를 갖는 분말일 수 있으며, 이 때 크기가 큰 분말을 조대 분말, 크기가 작은 분말을 미립 분말로 정의한다.
상기 미립 분말은 평균 입도가 0.05 ㎛ 내지 0.5 ㎛일 수 있으며, 조대 분말은 평균 입도가 0.5 ㎛ 내지 2.0 ㎛일 수 있다.
상기 초경합금 소재에서 코팅층을 만들기 위한 바인더 금속은 코발트(Co)일 수 있다.
상기 코팅층은 초경합금과 바인더 금속의 반응층을 포함할 수 있다. 예를 들어 바인더 금속이 코발트(Co)인 경우 초경합금과 코발트의 반응층을 포함할 수 있다.
일 예로, 텅스텐 카바이드(WC) 분말로 성형체를 형성하고, 이에 코발트(Co)를 도포하는 경우에는 Co와 성형체의 WC가 반응하여 WC층과 WC와 Co 화합물로 이루어진 두 층을 이룬다. 형성된 WC와 Co의 복합상은 1350℃ 이하의 낮은 용융점을 갖고, 이에 따라 열이 가하여질 경우, WC와 Co 복합상이 액상을 형성하며 기공을 메울 수 있다. 이에 따라, 소결 온도가 낮아질 수 있다.
또한, 상기 초경합금의 상대밀도는 99% 이상이며, 비커스 경도값이 2800 kgf/mm2 이상일 수 있어 공구 또는 고내마모 부품 분야에서 유용하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 노즐의 소재로서 사용될 수 있다.
상기 초경합금에서, 서로 다른 크기의 초경합금 분말들로 소결체를 형성함에 따라, 분말 사이의 기공을 제어하여 충진 밀도를 제어할 수 있고, 그 결과 소결 후 고밀도의 초경합금을 얻을 수 있다.
또한, 상기 초경합금은 초경합금 분말 표면에 바인더 금속을 도포하여 코팅층을 형성함으로써, 제조 과정에서 외부 기공을 제어하였고, 소결 과정을 통해 고밀도의 초경합금을 제조할 수 있다. 상기 코팅층을 형성하기 위해 바인더 금속은 소결 온도를 낮출 수 있다는 공정상 이점을 제공할 수 있고, 초경합금 소결체에 형성된 코팅층으로 인해 외부 충격에 강한 초경합금을 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 측면에서
서로 다른 크기의 초경합금 분말들로 성형체를 형성하는 단계;
상기 형성된 성형체 외부에 상기 초경합금과 반응층을 형성할 수 있는 바인더 금속을 도포하는 단계; 및
상기 바인더 금속이 도포된 성형체를 소결하는 단계;를 포함하는 초경합금의 제조방법이 제공된다.
이하, 본 발명의 다른 측면에서 제공되는 초경합금의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다. 초경합금의 제조방법과 관련하여 초경합금의 설명에서 설명된 내용과 중복되는 내용은 이하에서 설명을 생략한다.
먼저, 본 발명의 다른 측면에서 제공되는 초경합금의 제조방법은 서로 다른 크기의 초경합금 분말들로 성형체를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 서로 다른 크기의 초경합금 분말들로 성형체를 형성하는 단계에서 분말은 텅스텐 카바이드(WC), 티타늄 카바이드(TiC), 탄탈륨 카바이드(TaC)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 초경합금 분말은 상기 텅스텐 카바이드(WC), 티타늄 카바이드(TiC) 및 탄탈륨 카바이드(TaC)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상과 금속으로 구성된 복합 초경합금 분말일 수 있다. 예를 들어, 상기 금속은 코발트(Co)인 복합 초경합금 분말일 수 있다. 구체예로서, WC-Co, WC-TiC-Co, WC-TiC-TaC-Co 등일 수 있으나 이에 제한되지는 않는다.
상기 분말을 이루는 물질들은 매우 고온의 용융점을 갖고 경도가 높아 본 발명의 분말로 사용되기에 바람직하다.
상기 서로 다른 크기의 초경합금 분말들로 성형체를 형성하는 단계에서 서로 다른 크기의 초경합금 분말들은, 예를 들어 두 가지의 크기를 갖는 분말일 수 있으며, 이 때 크기가 큰 분말을 조대 분말, 크기가 작은 분말을 미립 분말로 정의한다.
상기 서로 다른 크기의 초경합금 분말들로 성형체를 형성하는 단계는 조대 분말과 미립 분말을 물리, 화학적인 방법으로 혼합하는 방법을 통해 수행될 수 있다. 예를 들어 건식 조건 하에서 밀링 공정으로 수행될 수 있다.
또한, 상기 서로 다른 크기의 초경합금 분말들로 성형체를 형성하는 단계는 조대 입자 소결체 내부 조대 기공에 미립자를 고상, 액상 또는 기상 공정을 사용하여 삽입하는 방법으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 조대 입자 소결체는 다공체 기지상일 수 있고 미립자는 첨가물 또는 석출상일 수 있으며, 건식 및 습식 조건 하에서 고상, 액상, 기상 공정으로 수행될 수 있다.
상기와 같은 방법의 경우에는 미립자가 조대 입자 사이의 공극에만 입자가 존재하며, 균질화가 가능하고, 비교적 기계적 및 물리화학적 편석이 발생하지 않는다는 장점이 있다.
또한, 상기 서로 다른 크기의 초경합금 분말들로 성형체를 형성하는 단계는 조대 입자 소결체에 미립자 형성 물질을 혼합하여 소결 중 혹은 소결 후에 미립자를 석출시키는 방법으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 조대 입자 소결체는 다공체 기지상일 수 있고 미립자 형성 물질은 첨가물 또는 석출상일 수 있으며, 건식 및 습식 조건 하에서 고상, 액상 또는 기상 공정으로 수행될 수 있다.
상기와 같은 방법의 경우 최초 혼합 시 균일상이며, 석출 시 균일 석출이 가능하고, 비교적 기계적 및 물리화학적 편식이 발생하지 않는다는 장점이 있다. 이상의 내용은 도 2를 참고하여 이해할 수 있다.
이와 같이 균일 조대 분말 내부 사이의 빈 공간에 미립 분말을 2중으로 혼합 및 첨가함으로써, 분말 사이의 기공을 제어하여 충진 밀도를 실제 이론 밀도 이상으로 높일 수 있다. 이에 따라 고밀도 및 고강도의 초경합금을 제조할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 다른 측면에서 제공되는 초경합금의 제조방법은 상기 형성된 성형체 외부에 바인더 금속을 도포하는 단계를 포함한다.
상기 형성된 성형체 외부에 바인더 금속을 도포하는 단계에서의 바인더 금속은 상기 초경합금과 반응층을 형성할 수 있다. 예를 들어, 코발트(Co)일 수 있다.
일 예로, 텅스텐 카바이드(WC) 분말로 성형체를 형성하고, 이에 코발트(Co)를 도포하는 경우에는 Co와 성형체의 WC가 반응하여 WC층과 WC와 Co 화합물로 이루어진 두 층을 이룬다. 형성된 WC와 Co의 복합상은 1350℃ 이하의 낮은 용융점을 갖고, 이에 따라 열이 가하여질 경우, WC와 Co 복합상이 액상을 형성하며 기공을 메울 수 있다. 이에 따라, 소결 온도가 낮아질 수 있다.
상기 혼합된 성형체 외부에 바인더 금속을 도포하는 단계는 분말 도포 공정 또는 습식 담금 방법으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 습식 담금 방법은 슬러리의 딥 코팅 등으로 수행될 수 있다.
이와 같이 성형체 외부에 저융점의 바인더 금속을 도포함에 따라, 성형체에 외부로부터 온도 또는 압력을 가하는 경우, 바인더 금속이 용융되고, 기공 내로 침투하게 됨으로써 외부 기공을 차단하는 코팅층이 형성된다. 따라서 소결 시 외부로부터 가하여지는 압력을 내부로 전달해 균일하게 수축할 수 있게 된다. 이에 따라 고밀도, 고강도의 초경합금을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에서 제공되는 초경합금의 제조방법은 상기 형성된 성형체 외부에 바인더 금속을 도포하는 단계 후에 가소결하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 단계에 의하여, 바인더 금속이 용융될 수 있으며, 그 결과 성형체 외부에 코팅층이 형성되게 된다.
상기 가소결하는 단계는 진공소결에 의하여 수행될 수 있다.
상기 진공소결의 경우 1300℃ 내지 1800℃에서 수행될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에서 제공되는 초경합금의 제조방법은 별도의 가소결하는 단계를 포함하지 않고 바로 소결하는 단계를 수행할 수 있다. 별도의 가소결하는 단계를 수행하지 않더라도, 소결하는 단계에서 온도 승온 과정 중 도포된 바인더 금속이 우선적으로 소결되어 성형체의 표면에 코팅층이 형성될 수 있기 때문에, 가소결하는 단계 없이도 코팅층 형성이 가능하다.
또한, 본 발명의 다른 측면에서 제공되는 초경합금의 제조방법은 상기 바인더 금속이 도포된 성형체를 소결하는 단계를 포함한다.
상기 바인더 금속이 도포된 성형체를 소결하는 단계는 열간등가압소결(Hot isostatic press, HIP) 또는 열간가압소결(Hot press, HP)으로 수행될 수 있다.
상기 바인더 금속이 도포된 성형체를 소결하는 단계에서 온도는 1600℃ 내지 2000℃에서 수행될 수 있다. 온도가 1600℃ 미만인 경우 기공 제어가 어려워 소재의 완전 치밀화가 일어나지 않는다는 문제점이 있으며, 온도가 2000℃를 초과하는 경우 입자의 지나친 성장이 일어날 수 있다는 문제점이 있다.
상기 바인더 금속이 도포된 성형체를 소결하는 단계에서 압력은 200 mbar 내지 1500 mbar인 것이 바람직하다. 압력이 1500 mbar를 초과하는 경우 비경제적이라는 문제점이 있으며 압력이 200 mbar 미만인 경우 기공 제어가 어렵다는 문제점이 있다.
이와 같이 소결함으로써, 고밀도 초경합금이 제조되며, 이를 통해 고강도의 소자를 제조할 수 있다.
상기 초경합금 제조방법에서, 서로 다른 크기의 초경합금 분말들로 성형체를 형성함에 따라, 분말 사이의 기공을 제어하여 충진 밀도를 실제 이론 밀도 이상으로 높일 수 있고, 그 결과 고밀도의 초경합금을 제조할 수 있다.
상기 초경합금 제조방법에서, 성형체 외부에 저융점의 바인더 금속이 도포됨에 따라, 성형체에 외부로부터 온도 또는 압력을 가하는 경우, 도포된 바인더 금속이 용융되고, 기공 내로 침투하게 됨으로써 외부 기공이 차단하는 코팅층이 형성된다. 따라서 소결 시 외부로부터 가하여지는 압력을 내부로 전달해 균일하게 수축할 수 있게 된다. 이에 따라 고밀도, 고강도의 초경합금을 제조할 수 있다.
이하 본 발명을 실시예, 비교예, 및 실험예를 통하여 상세히 설명한다. 이들 실시예, 비교예, 실험예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
<실시예 1> 초경합금의 코팅층 형성
2.0 ㎛ 이하의 크기의 WC 조대 분말과 0.5 ㎛ 크기의 WC 미립 분말에 대하여, 50:1의 무게비로 총 1g을 볼 밀링 혼합 공정으로 혼합한 후, 냉간 정수압 조건에서 성형하였고, 이로 인하여 얻어진 성형체의 표면에 Co 금속을 슬러리의 딥 코팅 공정을 통하여 도포한 후 1300℃ 내지 1400℃의 온도로 진공 분위기에서 소결하였다. 이러한 과정은 도 3 및 도 5를 통하여 이해할 수 있다.
<실시예 2> 초경합금의 제조
미립의 WC-10wt% Co의 초경합금 분말을 1.5 ton/cm2의 압력으로 성형 후 표면에 Co 금속 바인더를 슬러리의 딥 코팅 공정을 통하여 도포하였다. 이렇게 도포된 성형체는 건조 후 열간등가압소결(Hot Isostatic Press, HIP) 조건으로 소결하였다. 소결 온도는 Co 합금의 용융점인 1400℃를 지나, 1850℃, 1시간으로 하였고, 압력은 1,000bar로 하였다. 도 3 및 도 5를 통하여 이해할 수 있다.
<실험예 1> 코팅층이 형성된 초경합금의 표면 확인
실시예 1에 따라 제조된 초경합금을 고배율 주사 전자현미경으로 관찰하였다. 소결 단면 방향으로 절단한 후 이를 외부와 내부를 동시에 관찰할 수 있는 방향으로 관찰하였으며, 이를 도 4에 나타내었다. Co층, WC 및 Co의 반응층, WC층이 형성되었음을 확인할 수 있다.
즉, Co를 도포 후 소결하는 경우, 성형체 표면에 고밀도의 Co층이 형성되는 것을 확인할 수 있는 바, 이로 인하여 표면의 기공 제어가 가능함을 알 수 있다.
<실험예 2> 제조된 초경합금의 밀도 측정
실시예 2에 따른 최종 소결 후의 초경합금의 밀도를 아르키메데스 법으로 측정하였다. 아르키메데스법은 기공이 있거나, 불규칙 형상을 가진 물체의 밀도를 측정하는 표준화된 방법으로 공기 중 무게와 유체 내에서의 무게를 측정하여 이를 기준으로 부피를 계산할 수 있다.
이때 측정된 밀도는 WC 진밀도의 99%이상으로, 소재의 진밀도에 근접한 고밀도 소재를 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다.

Claims (10)

  1. 서로 다른 크기의 초경합금 분말들로 형성된 소결체; 및
    상기 소결체를 둘러싸며, 바인더 금속으로 이루어지는 코팅층;을 포함하는 초경합금이되,
    상기 코팅층과 소결체의 계면 사이에 상기 소결체의 초경합금과 상기 코팅층의 바인더 금속의 반응층이 형성되는 초경합금.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 초경합금 분말은 텅스텐 카바이드(WC), 티타늄 카바이드(TiC) 및 탄탈륨 카바이드(TaC)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 초경합금.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 바인더 금속은 코발트(Co)인 것을 특징으로 하는 초경합금.
  4. 서로 다른 크기의 초경합금 분말들로 성형체를 형성하는 단계;
    상기 형성된 성형체 외부에 상기 초경합금과 반응층을 형성할 수 있는 바인더 금속을 도포하는 단계; 및
    상기 바인더 금속이 도포된 성형체를 소결하는 단계;를 포함하는 초경합금의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 초경합금 분말은 텅스텐 카바이드(WC), 티타늄 카바이드(TiC), 탄탈륨 카바이드(TaC)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 초경합금의 제조방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 바인더 금속은 코발트(Co)인 것을 특징으로 하는 초경합금의 제조방법.
  7. 삭제
  8. 제4항에 있어서,
    상기 형성된 성형체 외부에 바인더 금속을 도포하는 단계는 분말 도포 공정 또는 습식 담금 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 초경합금 제조 방법.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 바인더 금속이 도포된 성형체를 소결하는 단계는 열간가압소결 또는 열간등가압소결 공정으로 수행되는 것을 특징으로 하는 초경합금 제조 방법.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 바인더 금속이 도포된 성형체를 소결하는 단계는 1600℃ 내지 2000℃의 온도에서 200 bar 내지 1500 bar의 압력으로 수행되는 것을 특징으로 하는 초경합금 제조 방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4166262A1 (en) * 2021-10-15 2023-04-19 Sandvik Machining Solutions AB A method for manufacturing a sintered article and a sintered article
WO2023062158A1 (en) * 2021-10-15 2023-04-20 Sandvik Machining Solutions Ab A method for manufacturing a sintered article and a sintered article

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000204424A (ja) * 1999-01-14 2000-07-25 Sandvik Ab 耐摩耗性を増加させた超硬合金ボディ―の製造方法
JP2000514874A (ja) * 1996-07-19 2000-11-07 サンドビック アクティエボラーグ 耐磨耗性の向上した超硬合金体
JP2006257467A (ja) * 2005-03-15 2006-09-28 Yamagata Promotional Organization For Industrial Technology 超硬合金工具材料、およびその製造方法
KR101001903B1 (ko) 2008-03-31 2010-12-17 한국기계연구원 고밀도 초경합금의 제조방법
KR101792534B1 (ko) * 2016-05-30 2017-11-02 한국야금 주식회사 초경합금 절삭공구
JP6289991B2 (ja) * 2014-04-28 2018-03-07 オーエスジー株式会社 二層構造超硬合金

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000514874A (ja) * 1996-07-19 2000-11-07 サンドビック アクティエボラーグ 耐磨耗性の向上した超硬合金体
JP2000204424A (ja) * 1999-01-14 2000-07-25 Sandvik Ab 耐摩耗性を増加させた超硬合金ボディ―の製造方法
JP2006257467A (ja) * 2005-03-15 2006-09-28 Yamagata Promotional Organization For Industrial Technology 超硬合金工具材料、およびその製造方法
KR101001903B1 (ko) 2008-03-31 2010-12-17 한국기계연구원 고밀도 초경합금의 제조방법
JP6289991B2 (ja) * 2014-04-28 2018-03-07 オーエスジー株式会社 二層構造超硬合金
KR101792534B1 (ko) * 2016-05-30 2017-11-02 한국야금 주식회사 초경합금 절삭공구

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4166262A1 (en) * 2021-10-15 2023-04-19 Sandvik Machining Solutions AB A method for manufacturing a sintered article and a sintered article
EP4166261A1 (en) * 2021-10-15 2023-04-19 Sandvik Machining Solutions AB Method for manufacturing a sintered article and a sintered article
WO2023062158A1 (en) * 2021-10-15 2023-04-20 Sandvik Machining Solutions Ab A method for manufacturing a sintered article and a sintered article
WO2023062156A1 (en) * 2021-10-15 2023-04-20 Sandvik Machining Solutions Ab A method for manufacturing a sintered article and a sintered article

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