KR102200153B1 - 초경합금 재생분말을 이용한 코어 와이어 전극용 합금분말의 제조방법 - Google Patents

초경합금 재생분말을 이용한 코어 와이어 전극용 합금분말의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초경 스크랩으로부터 초경합금 재생분말을 제조하는 방법에 고나한다. 본 발명 방법은 볼밀처리하고 건조하여 구형의 초경합금 분말을 제조하고, 건조된 구형의 초경합금 재생분말을 진공소결하여 구성분말 A를 제조한 다음, 이에 철(Fe)분말을 구성분말 B로 하여 혼합하되, 구성분말 A, B의 배합 비율을 조절하여 모재의 코팅층의 내마모성 또는 경도를 조절할 수 있고, 인(P) 또는 탄소(C) 분말을 첨가하여 금속 결합상의 융점을 낮추고 흐름성을 개선하여 충진 밀도를 향상하고 제조원가를 낮출 수 있다.

Description

초경합금 재생분말을 이용한 코어 와이어 전극용 합금분말의 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING ALLOYED METAL POWDER FOR CORED WIRE ELECTRODE USING RECYCLED HARD METAL POWDER}
본 발명은 초경합금 재생분말을 이용한 코어 와이어 전극용 합금분말의 제조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내마모성이 우수한 코팅층을 얻을 수 있고 제조 원가를 낮출 수 있는 초경합금 재생분말을 이용한 코어 와이어 전극용 합금분말의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 금속 재료의 표면을 마모나 부식으로부터 보호하기 위하여 표면에 각종 합금층을 형성하는 것을 페이싱(facing)이라고 하고, 특히 기계적인 내마모성, 화학적인 내식성 또는 내열성 등의 특성을 부여하기 위하여 표면에 재료를 용사(thermal spraying) 또는 용접(welding)으로 코팅층(피막)을 형성하는 것을 하드 페이싱(hard facing: 표면경화)이라고 한다.
하드페이싱 작업은 통상적으로, 내부에 합금 분말 및 바인더 재료가 포함된 와이어 형태의 코어 와이어 전극(cored wire electrode)을 사용한다. 일반적으로 코어 와이어 전극은 금속 박판을 "U"자형 단면의 튜브 형상의 외피를 갖도록 성형하고, 외피 내부에 요구되는 물성에 맞게 배합된 소정의 조성을 갖는 초경합금 분말 및 바인더 분말을 충진하여, 인발 또는 압연 작업을 통해 길이가 긴 코어 와이어 전극을 제조하여 릴 형태로 감아 보관한다.
상기와 같은 코어 와이어 전극을 아크 용접 또는 가스용접으로 용융시켜서 대상물품('모재')의 표면에 코팅층을 형성한다. 특히, 모재 표면에 기계적인 내마모성이 크게 요구되는 경우, 탄화 텅스텐(WC)과 같은 초경 합금분말을 사용한다. 한편, 바인더 분말은 모재보다 낮은 온도에서 쉽게 용융되어 초경합금 분말의 유동성을 증진하고 또 내산화성 및 경도를 향상할 수 있는 조성을 갖도록 된다.
특허 제10-0249954호(1999.12.29)는 초경 합금재료로 내마모성 도포층을 용접으로 형성하는 방법 및 이에 사용되는 내마모재의 조성을 개시한다.
그런데 초경합금 분말을 이용한 코어 와이어 전극 제조시의 원가 부담을 경감하기 위하여, 초경합금 스크랩을 이용하여 초경합금 재생분말을 사용하는 여러 기술이 제안되고, 통상적으로 아연처리법으로 초경합금 스크랩을 재처리하여 대량으로 균질한 초경합금 재생분말을 제조하고 있다.
예컨대, 특허 제10-1226614호(2013.01.21)는 아연처리법으로 폐초경합금으로부터 텅스텐 카바이드를 재생하는 방법을 개시한다. 또한, 특허 제10-0537430호(2005.12.12)는 폐초경 스크랩을 이용하여 산화 및 환원 방법으로 금속-탄화물계 초경 합금분말을 제조하는 방법을 개시하고, 특허 제10-0630950호(2006.09.26)는 폐스크랩을 재활용하여 내마모용 초경합금을 제조하는 방법을 개시한다. 특허 제10-1465625호(2014.11.20)는 초경합금 스크랩을 이용한 초경합금 분말을 제조하는 방법을 기재한다.
그런데 상기한 특허들이 초경합금 스크랩으로부터 초경합금 재생분말을 제조하는 방법을 제안하기는 하지만, 하드페이싱 작업에서 코팅층의 밀도 및 경도가 크게 요구되는 코어 와이어 전극과 같은 특수 목적 및 용도에 적합한 초경합금 분말의 조성은 제안하고 있지 않다.
하드 페이싱 작업은 초경합금 분말과 바인더 분말의 조성, 균일성 및 밀도 등의 물성에 따라 하드페이싱 작업시의 유동성 및 기공도가 변하고, 최종적으로 얻어지는 코팅층의 품질이 결정되는 특성이 있으므로, 이를 만족하는 조성물에 대한 세밀한 기술이 요구된다.
이와 같이 내마모성이 크게 요구되는 분무 코팅충을 형성하는 하드 페이싱 작업의 특성을 고려하여, 요구되는 내마모 정도에 따라 코팅층의 밀도 및 경도를 조절할 수 있는 코팅층을 저렴하게 얻을 수 있으면서 하드 페이싱 작업의 효율성을 개선할 수 있는 코어 와이어 전극용 합금분말에 대한 기술 개발이 꾸준히 요청되고 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 초경합금 재생분말을 이용하여 경도 조절이 가능하고 내마모성이 우수한 코팅층을 얻을 수 있으며 제조 원가를 낮출 수 있는 코어 와이어 전극용 합금분말의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 초경합금 재생분말을 이용한 코어 와이어 전극용 합금분말의 제조방법은, 초경 스크랩으로부터 텅스텐 카바이드(WC)를 주체로 하는 탄화물이 70-95 중량%, 금속 결합상이 5-30 중량 %를 갖는 초경합금 재생분말을 제조하는 단계; 상기 초경합금 재생분말을 볼밀처리하고 건조하여 구형의 초경합금 분말을 제조하는 단계; 건조된 상기 구형의 초경합금 재생분말을 1100-1250℃에서 30분간 진공소결하여 구성분말 A를 제조하는 단계; 및 상기 구성분말 A에 평균 입도 20μm의 각형 철(Fe)분말을 구성분말 B로 하여 혼합하되, 상기 구성분말 A와 구성분말 B의 배합비율을 조절하여 모재의 코팅층의 경도를 조절할 수 있도록 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 탄화물 중 WC의 일부를 원소주기율표 4, 5, 6족 금속원소의 탄화물 또는 질화물을 단독 또는 혼합체로 치환할 수 있다.
여기서, 탄화물을 결합하는 금속 결합상의 금속은 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni)과 크롬(Cr)을 단독 또는 혼합체로 사용할 수 있다.
본 발명은 구성분말 A와 구성분말 B의 혼합분말에 2중량% 이하의 탄소(C)분말을 첨가할 수 있다.
그런데 구성분말 A 제조 단계에서 0.2중량%의 인(P)을 첨가하여 금속 결합상의 융점을 저하할 수 있다.
본 발명에서, 볼밀 처리 및 건조된 초경합금 구상화 분말은 평균입도 70μm, 최대입경 100μm이하가 되도록 입도를 조절할 수 있다.
한편, 본 발명은 구성분말 B의 철(Fe)분말의 일부를 코발트(Co) 또는 니켈(Ni)로 대체하고, 상기 코발트(Co) 또는 니켈(Ni)의 입도는 1- 5μm로 제한할 수 있다.
그리고 구성분말 B의 융점을 낮추기 위하여 Fe-Si 분말을 사용하거나, Fe-P의 미세 분말을 혼합할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 초경합금 재생분말을 이용한 코어 와이어 전극용 합금분말의 제조방법에 의하면, 구성분말 A, B의 배합비율을 조절하여 모재의 코팅층의 내마모성 또는 경도를 조절할 수 있고, 인(P) 또는 탄소(C) 분말을 첨가하여 금속 결합상의 융점을 낮추고 흐름성을 개선하여 코어 전극 제조시의 충진 밀도를 향상함은 물론 초경합금 재생분말을 이용하여 제조원가를 낮출 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하면 더욱 명확하게 이해될 것이다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초경합금 재생분말을 이용한 코어 와이어 전극용 합금분말의 제조방법의 플로우차트이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 초경합금 재생분말을 이용한 코어 와이어 전극용 합금분말의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
일반적으로 코어 와이어 전극(cored wire electrode)의 제조에 있어서, 충전재인 바인더 분말이 구비해야 할 특성은, 금속재질의 "U"자 튜브 형상의 외피 내부에 분말입자가 양호하게 유입되도록 하기 위한 유동성 및 높은 충진 밀도를 가져야 하고, 분무 코팅시 바인더 분말 입자가 초경합금 입자의 적심성(wetting)을 향상시켜 결합상으로 작용함으로써 내부 잔류기공을 낮출 수 있어야 한다.
또한, 금속재질의 튜브를 길이가 길게 연신할 때에 쉽게 변형(deform)이 되도록 하고, 또 분무 코팅시 가능한 낮은 용융온도를 갖고 해당 용융온도에서 용융된 금속의 코팅제로서 흐름성이 좋아야 한다.
즉, 하드 페이싱 작업으로 형성되는 분무 코팅층의 화학성분은 튜브 금속재와 충전재의 종류에 따라 달라지게 된다. 본 발명은 충전재를 구성하는 합금 분말에 대한 것으로 분무 코팅시 용융된 금속 입자가 초경 합금입자를 포위하여 적셔주는 결합상(相)으로 작용하고 후속으로 일어나는 금속입자 및 초경합금 입자 사이의 반응으로 내부 기공의 제거와 전체적으로 균일한 탄화물-금속의 고 내마모성 코팅층을 얻도록 하는 것이다.
일반적으로 얻어지는 분무 코팅층의 조직은 일반적인 초경합금에 준하는 조직으로 금속결합상이 많고, 금속결합상 중에 탄화물의 입자가 소정 밀도로 분포하며, 탄화물은 고 내마모성을 부여하고 금속결합상은 충분한 인성(toughness)을 부여하는 역할을 하게 되는 것이다
본 발명의 코어 와이어 전극용 합금분말은, 초경합금 재생분말을 이용한 구형의 초경합금 소결분말(이하 '구성분말 A'라 함)와 수분사(water atomized) 구형 철분말(이하 '구성분말 B'라 함) 로 구성되고, 이에 구성분말 A, B의 혼합과정에서 흐름성 및 충전밀도를 향상하기 위하여 총 합금분말량의 2중량% 이하의 탄소(C)분말을 포함할 수 있고, 또 금속 결합상의 공정온도를 저하시켜 합금 분말의 융점을 낮추기 위하여 0.2 중량%의 인(P)을 첨가할 수도 있다.
1. 구성분말 A의 제조
초경 스크랩 또는 슬러지를 재활용하여 초경합금 재생분말을 제조한다. 통상적인 초경합금 재생분말의 제조방법은 용융법, 아연처리법, 염화처리법 등이 사용되고 있다. 본 발명은 바람직하기에는 아연처리처리법으로 제조된 초경합금 재생분말을 이용할 수 있고, 여기서 아연처리법을 통한 초경합금 재생분말의 제조방법은 공지된 기술이고 또한 본 발명의 대상이 아니므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
아연처리법으로 제조된 초경합금 재생분말을 일반적인 초경합금의 제조 공정을 이용하여 볼 밀(ball milling)처리하여 소정 물성을 갖는 분말을 만들고, 이에 추가 분말을 첨가하여 혼합한 것을 분무 건조를 통하여 직경 100 미크론(μm) 이하의 구형 조립입자를 얻는다.
여기서, 볼 밀 과정에서 텅스텐 카바이드 (WC)등의 금속탄화물과 코발트(Co)등의 금속 결합상의 양을 가감하여 초경 합금분말의 조성을 조절함으로써, 최종적으로 얻어진 코팅층의 경도를 원하는 값으로 맞출 수 있다.
본 발명에서 사용된 초경 합금 재생분말의 조성은 WC등의 금속탄화물이 중량비 70-95%, 금속결합상이 5-30%의 범위를 갖는다. 이러한 조성범위는 상업적으로 생산되는 모든 적용범위의 초경합금 분말의 조성범위에 해당하는 것으로서, 본 발명도 이를 고려한 것이다.
한편, 볼 밀 과정에서 Ni-P 분말 또는 Co-P분말을 첨가할 수 있다. 즉, 전체 금속 결합상에 대하여 일정량의 P 농도를 갖도록 Ni-P, Co-P의 양을 조절하여 첨가한다.
본 발명에서 사용되는 구성분말 A의 금속 결합상은 Co, Ni 또는 Fe로서 Co 나 Ni의 용융온도는 각각 1490도와 1452도로 매우 높다. 이들 금속과 인(P)의 합금 상태도는 서로 비슷하며 금속 내 P의 고용이 증가하면 융점도 낮아지게 되는데 3종류 금속의 경우 공정온도는 Co 1023℃, Ni 880.4℃, Fe 1050℃이다.
특히 구성분말 A의 금속결합상이 되는 Co나 Ni의 경우에는 결합상의 0.2 중량% 까지 인(P)을 함유하여도 기공이 없이 건전한 조직을 얻을 수 있고, 또 소결온도를 1280℃를 까지 낮출 수 있음을 확인하였다. 이는 초경합금 분말이 약 1280℃에서 용융이 될 수 있다는 것으로서, 통상적인 초경합금이 약 1400℃에서 소결이 이루어지는 데 반하여 현저하게 낮은 온도에서 소결작업을 할 수 있음을 의미한다.
따라서 본 발명에서는 전체 금속결합상의 0.2중량%까지 인(P)을 첨가한다. 따라서 내부적으로 P의 성분이 높아 합금에 기공을 유발한다 하더라도 물성에 특별한 문제가 없다면 P의 첨가량을 증가하여 합금의 용융점, 즉 구성분말 A의 소결온도를 더 낮출 수도 있다.
볼 및 처리된 합금 분말의 슬러리는 분무 건조(spray drying)를 거쳐 평균입도 70μm, 최대입경 100μm이하의 구상화 분말을 얻는다. 이러한 입도의 범위는 시판되는 상업용 합금분말의 입도를 고려하여 이를 기준으로 맞춘 것이며, 필요한 경우 입도 범위를 조절할 수 있다.
상기에서 얻어진 구상화 분말은 1100-1250℃의 온도에서 30분 동안 진공 또는 가압소결을 통해 소결밀도 90% 이상의 구형 소결체를 얻는데, 이때 소결 중의 수축으로 인하여 소결체의 평균 입도는, 상업용 합금분말의 입도를 고려하여 70μm, 최대입경 100 μm 이하의 구형 소결분말 입자가 되게 한다.
한편, 본 발명의 초경 합금분말을 구성하는 중량비 70-95%의 WC를 주체로 하는 금속탄화물은, WC의 일부를 원소주기율표 4, 5,6 족 금속원소의 탄화물 또는 질화물을 단독 또는 혼합체로 치환할 수 있다.
즉, 초경합금에 사용되는 금속탄화물은 WC 외에 TiC, TaC, NbC, Cr3C2 및 VC 등이 경질상으로 사용된다. 그런데 금속 탄화물 WC를 주로 사용하는 이유는 상기 탄화물 중 영률(Young's Modulus)이 가장 크기 때문이다. 따라서 WC를 다른 탄화물로 대체할 경우 강도가 현저하게 저하하기 때문에 다른 금속 탄화물의 양은 50%로 제한하는 것이 바람직할 수 있다.
한편, 탄화물을 결합하는 금속으로는 Fe, Co, Ni을 단독 또는 혼합체로 하여 5-30 중량 %의 범위를 가질 수 있다. 이는 본 발명의 베이스가 초경합금 재생분말이기 때문에 그 조성이 원료되는 초경합금 스크랩의 조성에 의존하게 되나, 하드 페이싱 코팅층의 요구 물성조건에 맞추어 일정 원소를 가감하여 초경합금 분말의 조성을 조절할 수 있다.
2. 구성분말 B의 제조
구성분말 B는 보통 수분사(water atomized) 철(Fe) 분말을 사용한다. 구성분말 B는 구성분말 A와 혼합하되, 이들 두 분말의 입도를 잘 선택하여 혼합된 분말이 최대 충진밀도를 갖도록 설계하여야 한다.
기본적으로 구성분말 B는 구성분말 A 보다 입도를 작게 하여 구성분말 A의 입자들 사이의 공간을 효과적으로 메꾸어 전체적으로 합금분말의 충진밀도를 크게 하는 것이 바람직하다.
즉, 코어 와이어 전극의 "U"자 튜브 형상의 외피를 길게 연신하기 위하여 압연, 인발 등의 기계가공으로 그 단면을 점차 축소시키는 과정을 거친다. 이 과정에서 입자크기가 작은 구성 분말 B(수분사 철) 입자가 비교적 입도가 큰 구성 분말 A(초경합금 재생분말) 입자 사이의 공간으로 쉽게 이동되어 전체적으로 밀도가 균일하고, 또 내부에 독립된 기공과 2가지 분말 상의 군집문제를 개선을 하도록 재료간의 입도 및 입도분포를 조절하는 것이 필요하다.
이를 위하여, 구성분말 B의 철 분말은 구성성분 A분말의 입자 크기에 비해 작은 약 20 μm의 각형 입자를 사용하는데, 이는 각형의 구성분말 B의 입자가 구형의 구성분말 A의 입자를 구속하여 효과적인 변형(deform)을 유도하기 위함이다.
이때, 경우에 따라 조성의 개선을 위하여 구성분말 B의 철(Fe)분말의 일부를 코발트(Co) 또는 니켈(Ni)로 대체하고, 상기 코발트(Co) 또는 니켈(Ni)의 입도는 상업용 합금분말의 입도를 고려하여 1- 5μm을 사용하여 전체적인 합금분말의 흐름성을 저하시키지 않고 구형의 구성분말 A의 입자 사이의 공간을 유효하게 채우도록 한다.
한편, 구성분말 B의 용융점을 낮추기 위하여 Fe-Si 분말을 사용하거나, Fe-P의 미세 분말을 혼합 사용하여 하드페이싱 작업의 분무코팅시 작업온도를 낮출 수 있다.
3. 탄소(C)분말의 제조
철과 초경 합금이 용융되어 서로 반응할 경우 여분의 탄소는 두 금속간의 적심성(wetting) 향상시키고 용융 금속의 유동성(흐름성)을 개선한다. 일반적으로 초경합금에서 탄소가 많아짐으로써 조직 중에 생기는 유리탄소상(相))은 가능한 피해야 하는 것으로 하고 있다. 이는 유리탄소가 초경 합금의 강도와 내마모성을 저하한다고 보기 때문이다.
하지만, 본 발명에서는 합금분말이 모재의 표면에 코팅층을 형성하므로 강도의 저하는 고려하지 않아도 된다. 또, 일반 초경합금에서는 볼 수 없는 기공이 존재 하기 때문에 유리탄소에 의한 내마모성 저하 역시 문제가 되지 않는다. 이는 초경 합금분말의 분무에 의한 코팅층 내에서 기공의 영향이 유리탄소의 영향에 비해 훨씬 지배적이기 때문이다.
본 발명에서는 전체 합금분말 량의 2중량% 이하의 탄소(C)분말을 포함한다. 탄소분말을 첨가하면, 합금분말의 혼합과정에서 탄소는 합금분말의 표면에 얇은 막으로 코팅이 된다. 이러한 코팅 막은 계면의 마찰력을 감소시켜 코어 와이어 전극의 제조과정에서 "U"자 튜브 형상의 외피의 단면을 점차 축소시키는 와이어 인발 (wire drawing)과정에서 윤활제로 작용하게 된다. 이에 따라, 분말의 입자들 사이의 변형시 미끄러짐이 개선되어 균일한 충전 밀도를 확보하고 내부 기공을 감소시킬 수 있다.
또한, 고온에서 하드 페이싱 작업의 분무 코팅시, 탄소(C)는 외부 및 내부 산소와 반응하여 CO 또는 CO2를 발생시켜 코팅층의 산화를 방지하는 환원제 역할을 하는 한편, 분무 코팅시 용융온도를 저하시키는 효과를 얻을 수 있게 된다.
환원제 역할을 고려하여 필요한 탄소(C)의 양은 구성분말 A에 혼입되는 산소의 량에 비례한다. 통상적으로 합금 분말의 제조 시 혼입되는 산소의 량은 0.5-0.8중량% 정도이고, 이를 환원하기 위한 탄소의 양은 약 0.2-0.4중량%가 필요하게 된다. 한편, 구성분말 B에 소요되는 탄소의 량은 순철 분말을 사용할 경우 탄소강이 고용하는 탄소의 량의 범위인 0.05-2.1중량% 정도의 탄소가 필요하게 된다. 따라서 구성분말 A와 구성분말 B의 혼합분말에서 탄소의 소요량은 대략적으로 2중량% 이하가 된다.
4. 인(P)의 첨가
본 발명에서 금속 결합상의 융점을 저하하기 위하여 합금분말에 첨가되는 P는, 차아인산암모늄염 ((NH4)2HPO4) 수용액을 금속분말과 섞어 4중량% 금속-P의 조성으로 만들어 건조한 후 700도에서 2시간동안 수소분위기에서 환원시켜 분말상의 금속-P를 얻는다.
이렇게 제조된 P는 볼 밀 과정에서 전체 금속 결합상에 대하여 0.2 중량%의 P 농도를 갖도록 Ni-P, Co-P의 양을 조절하여 첨가하여, 초경합금의 결합상이 되는 Co 나 Ni의 공정온도를 낮추어 초경 합금분말의 소결작업을 보다 저온에서 실시할 수 있다.
이하 본 발명에 따른 초경합금 재생분말을 이용한 코어 와이어 전극용 합금분말의 제조방법의 실시예를 설명한다.
1. 실시예1
경도 HRA 84를 갖는 분무 코팅층을 얻기 위하여, 하드 페이싱 작업에 사용하는 코어 와이어 전극용 합금분말을 구성하는 구성분말 A, B를 제조하고, 합금분말의 겉보기 밀도 및 흐름성을 측정하였다. 아울러 최종 합금분말의 소결시 얻어진 합금층의 경도를 알기 위하여 프레스 성형을 통하여 진공소결 후 합금분말의 물성을 검사하였다.
1) 구성분말 A의 제조
초경합금 롤 스크랩을 아연처리법을 이용하여 초경합금 재생 분말을 제조하였다. 제조된 재생분말의 조성은 WC 83.714중량 %, Co 8.328중량 %, Ni 5.274중량 %, Cr 1.927중량 %, Fe 0.757 중량 %이고, 16중량% 이상의 비교적 많은 양의 금속결합상을 갖는다.
상기 재생분말을 볼 밀에서 처리하였다. 볼밀 공정 조건은 다음과 같다.
10kg 용량의 Ball Mill에, Media Ball로서 9mmΦ carbide ball을 사용하였고, 유기용매로서 농도 95%의 Ethyl alcohol을 장입하고 파라핀 왁스 2중량%를 첨가하여 20 시간 습식 혼합하여 볼 밀링을 실시하였다.
상기와 같이 볼 밀링처리한 합금분말을 건조기(spray dryer)를 사용하여 가스 입구온도 220도에서 분무 건조하여 구형의 초경 합금분말을 얻었다.
얻어진 구형의 건조된 초경합금 분말에 강도를 부여하기 위하여 1100-1250℃에서 30분간 진공소결을 하였다. 소결 온도가 1250℃ 이상이 되면 합금분말이 서로 뭉쳐지기 때문 소결 조직이 불량해지고, 1100℃보다 낮은 온도에서는 충분한 강도가 얻어지지 않는다.
한편, 소결 시간이 30분이상인 경우에는 분말입자간의 접촉점에서 반응이 진행되기 때문에 분말입자들이 서로 뭉쳐지는 경향이 있어 소결 후 입자 분리가 어려워지므로 소결시간을 30분으로 제한하였다.
소결후 다음과 같은 특성을 갖는 구성분말 A를 얻었다. 겉보기밀도: 6.5gr/㎤, 유동도: 14sec/50gr. 평균입도: 54μm, 입도분포: +230: 31%, -230+270: 45%, -270: 24%
상기의 구형의 건조된 초경합금 분말(구성분말 A)을 프레스를 이용하여 성형한 압분체를 1370℃에서 30분간 진공소결한 것을 물성 시험한 결과, 밀도 13.80, 경도 88.5HRA를 확인할 수 있었다.
2) 구성분말 B
구성분말 B는 시판의 평균 입도 20μm의 각형 철분말을 사용하였다.
3) 구성분말 A,B의 합금분말 제조
믹서기(double cone mixer)를 이용하여 구성분말 A와 구성분말 B를 혼합하여 전체조성이 70 중량% WC- 30 중량% 금속(Co: 8.328 중량%, Ni: 5.274 중량%, Cr: 1.927 중량%, Fe: 14.47 1중량%)가 되도록 구성분말 A,B 혼합분말을 얻었다.
이때 혼입되는 산소의 환원과 강에 고용되는 량을 고려 하여 탄소(C)분말을 전체 혼합분말 중량의 0.5 중량%를 첨가하였다. 혼합 분말의 색상은 탄소가 분말표면을 코팅하게 되어 전체적으로 검은 색을 나타내었다.
상기와 같이 제조된 구성분말 A,B의 합금분말을 "U"자형 튜브 형상의 외피 내부에 충전하여 코어 와이어 전극을 제조한 후, 용접 또는 용사방법을 통해 모재의 표면에 용융 분사하여 분무 코팅층을 얻었다. 분무 코팅층의 밀도(g/cm3)는 12.01, 경도는 83.5HRA를 나타냈다. 코팅층의 밀도가 이론밀도인 12.20에 약간 미달하였는 데, 이는 코팅층 내에 잔류하는 기공에 기인하는 것으로 보였다.
2. 실시 예2
실시예 1과 대체로 동일하나, 구성분말 A의 조성이 다르고, 구성분말 A, B의 혼합분말에 인(P)을 첨가한 것에 차이가 있다.
1) 구성분말 A의 제조
초경합금 롤 스크랩을 아연처리법을 이용하여 초경합금 재생 분말을 제조하였다. 제조된 재생분말의 조성은 WC 93.7중량 %, Co 5.9중량 %, Cr 0.4중량 %으로서 비교적 적은 양의 금속결합상을 갖는다.
상기 재생분말을 실시예 1과 동일한 조건에서 볼 밀 공정, 건조 공정 및 진공소결 공정을 거쳐서 구형의 초경 합금분말을 얻었다.
얻어진 구형의 건조된 초경합금 분말은 다음과 같은 특성을 얻었다. 겉보기밀도: 6.8gr/㎤, 유동도: 12sec/50gr. 평균입도: 51μm, 입도분포: +230: 29%, -230+270: 47%, -270: 24%
상기의 구형의 건조된 초경합금 분말을 프레스를 이용하여 성형한 압분체를 1370℃에서 30분간 진공소결한 것을 물성 시험한 결과, 밀도 14. 85, 경도 91.5HRA를 확인할 수 있었다.
2) 구성분말 B
구성분말 B는 시판의 평균 입도 20μm의 각형 철분말을 사용하였다.
3) 인(P)
구성분말 A와 구성분말 B의 혼합분말에 Fe-4 중량%P 합금분말을 첨가하여 최 의 합금결합상 중의 P농도를 0.2중량%로 조정하였다.
4) 구성분말 A, B의 합금분말 제조
믹서기(double cone mixer)를 이용하여 구성분말 A와 구성분말 B를 혼합하고 인(P)를 첨가하여 전체조성이 69.94 중량% WC- 30.06 중량% 금속(Co: 5.9 중량%, Cr: 0.4 중량%, Fe: 23.7 중량%, P: 0.06 중량%)가 되도록 구성분말 A,B 혼합분말을 얻었다.
실시예 1과 같이, 탄소(C)분말을 전체 혼합분말 중량의 0.5 중량%를 첨가하였다.
상기와 같이 제조된 구성분말 A,B의 합금분말을 이용하여 제조된 코어 와이어 전극을 모재의 표면에 용융 분사하여 분무 코팅층을 얻었다. 분무 코팅층의 밀도(g/cm3)는 12.11, 경도는 83.7HRA를 나타내어, 실시예 1보다 밀도 및 경도가 상승되었다. 첨가된 P가 결합상의 공정온도를 낮추어 최종적으로 얻어진 분무 코팅층의 물성을 개선한 것으로 보인다.
3. 실시예3
1) 실시예 1과 동일한 방식으로 구성분말 A를 제조하고, 구성분말 B를 사용하였지만, 합금분말의 WC:금속 분률(중량%)이 다르다.
2) 구성분말 A, B의 합금분말 제조
믹서기(double cone mixer)를 이용하여 구성분말 A와 구성분말 B를 혼합하여 전체조성이 50 중량% WC- 50 중량% 금속(Co: 13.88 중량%, Ni: 8.79 중량%, Cr: 3.211 중량%, Fe: 24.11중량%)가 되도록 구성분말 A, B 혼합분말을 얻었다.
상기 혼합 분말에 탄소(C)분말을 전체 혼합분말 중량의 0.5 중량%를 첨가하였다.
상기와 같이 제조된 구성분말 A, B의 합금분말을 "U"자형 튜브 형상의 외피 내부에 충전하여 코어 와이어 전극을 제조한 후, 용접 또는 용사방법을 통해 모재의 표면에 용융 분사하여 분무 코팅층을 얻었다.
분무 코팅층의 밀도(g/cm3)는 11.0, 경도는 68 HRA를 나타냈다. 현미경 사진으로 조직을 확인한 결과 코팅층 내부 기공은 초경합금에서 평가하는 기공도를 기준으로 A04B02C00 의 양호한 기공도를 나타내었다.
여기서, 실시예 1,2 에서와 같이 코팅층의 탄화물(WC 등)의 분률이 약 70중량%로 높은 경우와 비교하여 실시예 3에서는 탄화물(WC 등)의 분률을 50중량%로 낮추었다. 그 결과 분무 코팅층의 경도는 감소하지만, 분무 코팅층을 냉각한 후 발생하는 수축균열이 현저하게 감소한 것을 확인할 수 있었다.
표 1은 본 발명의 실시예 1, 2, 3에 의해 얻어진 합금 분말의 WC:금속 분률(중량%)과, 밀도 및 경도(HRA)를 정리한 것이다.
합금분말의 WC:금속 분률(중량%) 밀도(g/cm3) 경도(HRA)
실시예 1 70 : 30 12.01 83.5
실시예 2 69.94 : 30.06 12.11 83.7
실시예 3 50 : 50 11.0 68.0
실시예 1,2에 의해 얻어진 분무 코팅층은 이론밀도인 12(g/cm3)에 근접하는 밀도를 갖고서 내부 기공이 소량 존재하지만, 경도값이 83HRA를 상회하는 매우 내마모성이 우수한 것을 알 수 있었다.
실시예 3은 실시예 1, 2에 비하여 분무 코팅층의 밀도가 낮아 내부에 기공이 잔류하는 것을 알 수 있고, 상대적으로 경도값도 낮기는 하지만, 고가의 WC의 사용량을 감소하면서도 양호한 내마모성을 갖는 분무 코팅층을 경제성있게 얻을 수 있음을 알 수 있다.
이와 같이 본 발명은 최종적으로 얻어지는 분무 코팅층의 요구되는 물성에 따라 사용되는 재생 합금분말의 사용량을 조정할 수 있고, 분무 코팅층의 경도 조절이 가능한 특징을 갖는다.
상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다. 당업자라면 본 발명의 범위 내에서 여러 변경, 수정이 가능함을 이해하여야 한다.

Claims (8)

  1. 초경 스크랩으로부터 텅스텐 카바이드(WC)를 주체로 하는 탄화물이 70-95 중량%, 금속 결합상이 5-30 중량 %를 갖는 초경합금 재생분말을 제조하는 단계;
    상기 초경합금 재생분말을 볼밀처리하고 분무 건조하여 구형의 초경합금 분말을 제조하는 단계;
    상기 건조된 구형의 초경합금 재생분말을 진공 소결하여 구성분말 A를 제조하는 단계; 및
    상기 구성분말 A에 평균 입도 20μm의 각형 철(Fe)분말을 구성분말 B로 하여 혼합하되, 상기 구성분말 A와 구성분말 B의 배합비율을 조절하여 모재의 코팅층의 경도를 조절하는 단계;를 포함하고,
    상기 탄화물을 결합하는 금속 결합상의 금속은 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni)과 크롬(Cr)을 단독 또는 혼합체로 사용하고,
    상기 건조된 구형의 초경합금 재생분말의 진공 소결 단계에서, 상기 금속 결합상의 0.2중량%까지 인(P)을 첨가하여 금속 결합상의 융점을 낮추어 소결작업을 1100-1250℃에서 30분간 수행하는 것을 특징으로 하는 초경합금 재생분말을 이용한 코어 와이어 전극용 합금분말의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄화물 중 WC의 일부를 원소주기율표 4, 5, 6족 금속원소의 탄화물 또는 질화물을 단독 또는 혼합체로 치환하는 초경합금 재생분말을 이용한 코어 와이어 전극용 합금분말의 제조방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구성분말 A와 구성분말 B의 혼합분말에 2중량% 이하의 탄소(C)분말을 첨가하는 초경합금 재생분말을 이용한 코어 와이어 전극용 합금분말의 제조방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 볼밀 처리 및 건조된 초경합금 구상화 분말은 평균입도 70μm, 최대입경 100μm이하가 되도록 입도를 조절하는 초경합금 재생분말을 이용한 코어 와이어 전극용 합금분말의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 구성분말 B의 철(Fe)분말의 일부를 코발트(Co) 또는 니켈(Ni)로 대체하고, 상기 코발트(Co) 또는 니켈(Ni)의 입도는 1- 5μm로 제한하는 초경합금 재생분말을 이용한 코어 와이어 전극용 합금분말의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 구성분말 B의 융점을 낮추기 위하여 Fe-Si 분말을 사용하거나, Fe-P의 미세 분말을 혼합하는 초경합금 재생분말을 이용한 코어 와이어 전극용 합금분말의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111408719B (zh) * 2020-04-07 2021-12-21 江苏大学 圆管法制备特定填充率三元合金粉芯丝材的配材方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009148769A (ja) * 2007-12-18 2009-07-09 Tokyo Bureizu Kk Ｆｅ−Ｃｒ合金ベースのろう材

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11193425A (ja) * 1997-12-26 1999-07-21 Toshiba Tungaloy Co Ltd 超硬合金チップ用粉末の再生方法および超硬合金チップの再生方法
KR100555206B1 (ko) * 2004-03-24 2006-03-03 한국기계연구원 나노 복합 초경 용사분말 제조공정
KR20040083407A (ko) * 2004-09-10 2004-10-01 오영민 육성용접층 및 그 형성에 사용되는 용접와이어

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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