KR102630465B1 - Manufacturing method for Ti-alloy and Ti-alloy - Google Patents

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Abstract

본 발명은 티타늄 합금의 제조방법 및 티타늄 합금에 관한 것으로, 보다 상세하게는 본 발명의 티타늄 합금 제조방법은 합금 금속을 원소 상태로 안정화시킬 수 있고, 이후 탈바인딩 공정에도 금속과의 부반응을 유발하지 않고 용이하게 탈바인딩 되는 바인더를 사용하여 제조되는 티타늄 합금의 기계적 강도 및 안정성을 우수한 수준으로 향상시킬 수 있다. 또한, 온도 유도 응력에 의한 구조적 왜곡이 적고 강도가 높은 바인더를 사용하여, 제조되는 티타늄 합금 및 이를 이용한 티타늄 재료의 형상 안정성 및 기계적 강도를 현저하게 개선시킬 수 있다.The present invention relates to a method for producing a titanium alloy and a titanium alloy. More specifically, the method for producing a titanium alloy of the present invention can stabilize the alloy metal in its elemental state and do not cause side reactions with the metal even during the subsequent debinding process. The mechanical strength and stability of titanium alloys manufactured by using a binder that is easily de-bound without stress can be improved to an excellent level. In addition, by using a binder with low structural distortion caused by temperature-induced stress and high strength, the shape stability and mechanical strength of the titanium alloy manufactured and the titanium material using the same can be significantly improved.

Description

티타늄 합금의 제조방법 및 티타늄 합금{Manufacturing method for Ti-alloy and Ti-alloy}Manufacturing method for titanium alloy and titanium alloy {Manufacturing method for Ti-alloy and Ti-alloy}

본 발명은 티타늄 합금의 제조방법 및 티타늄 합금에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing titanium alloy and titanium alloy.

티타늄(Ti) 및 티타늄 합금은 저밀도, 높은 비강도(specific strength), 생체적합성(biocompatible) 및 우수한 내식성(corrosion resistance)을 나타내어 정형외과 또는 치과 임플란트와 같은 생물 의학 분야나 항공 우주 응용 분야의 소재로서 많은 주목을 받고 있다. 티타늄 소재의 내식성 및 생체적합성은 티타늄 표면에 자연적으로 생성되는 산화티타늄(TiO2)에 기인한 것으로 여겨진다.Titanium (Ti) and titanium alloys exhibit low density, high specific strength, biocompatibility, and excellent corrosion resistance, making them ideal materials for biomedical and aerospace applications such as orthopedics or dental implants. It is receiving a lot of attention. The corrosion resistance and biocompatibility of titanium materials are believed to be due to titanium oxide (TiO 2 ) naturally occurring on the titanium surface.

하지만, 순수한 티타늄은 스테인리스강 및 Co-Cr 합금에 비해 낮은 내마모성으로 인해 고관절, 핀 및 나사와 같은 다양한 인공 생체 임플란트에 적용되는 데에는 한계가 존재하였다. 뿐만 아니라, 수순한 티타늄의 파면은 체내에서 염증 및 통증을 유발하는 것으로 밝혀졌다.However, pure titanium has limited application to various artificial biological implants such as hip joints, pins, and screws due to its low wear resistance compared to stainless steel and Co-Cr alloy. In addition, it has been found that fractures in pure titanium cause inflammation and pain in the body.

티타늄의 기계적 물성을 향상시키기 위하여 다양한 합금 원소를 첨가하여 티타늄 합금을 제조하려는 시도가 있었다. 일례로 티타늄 합금 기반 Ti-6Al-4V (TAV)는 고강도를 나타내었다. 그러나, 이러한 티타늄 합금은 마모 파편으로 독성 바나듐이 방출되어 내식성, 내마모성 및 생체적합성이 오히려 순수 티타늄에 비하여 저하되었다.There have been attempts to manufacture titanium alloys by adding various alloying elements to improve the mechanical properties of titanium. For example, titanium alloy-based Ti-6Al-4V (TAV) showed high strength. However, these titanium alloys release toxic vanadium as wear fragments, and the corrosion resistance, wear resistance, and biocompatibility are lowered compared to pure titanium.

또 다른 티타늄 합금으로는 니켈을 도입한 니켈-티타늄 기반 형상 기업 합금이 합성되었다. 이는 니켈보다 기계적 물성 및 내식성이 증가하였지만, 니켈에 기인한 알러지 및 발암 효과에 의해 여전히 낮은 생체적합성을 나타내었다.As another titanium alloy, a nickel-titanium based shape corporate alloy incorporating nickel was synthesized. Although it had improved mechanical properties and corrosion resistance compared to nickel, it still showed low biocompatibility due to allergic and carcinogenic effects caused by nickel.

따라서 비독성 또는 약한 독성의 원소를 이용하여 생체적합성을 나타내며 적정한 수준의 기계적 물성을 나타내는 티타늄 합금을 제조하는 것이 중요하다.Therefore, it is important to manufacture a titanium alloy that is biocompatible and exhibits an appropriate level of mechanical properties using non-toxic or mildly toxic elements.

한편, 금속 주조, CNC 가공 및 성형 등과 같은 종래의 금속 가공 기술은 최종 제품을 개발하기 위한 절단 및 마무리 공정에서 많은 금속의 낭비가 발생하게 되어 티타늄 합금의 가공 비용을 낭비하게 된다. 이와 관련하여 분말 또는 금속 사출 성형(PIM/MIM)을 포함한 분말 야금과 3D 프린팅은 비용 효율적인 방법으로 원하는 모양 및 크기의 니어-네트 형상(near-net shaped)의 티타늄 기반 소재를 개발하는 데 큰 가능성을 제시한다. Meanwhile, conventional metal processing technologies such as metal casting, CNC machining, and forming result in a waste of a lot of metal during cutting and finishing processes to develop final products, resulting in a waste of processing costs for titanium alloy. In this regard, powder metallurgy, including powder or metal injection molding (PIM/MIM), and 3D printing hold great promise for developing near-net shaped titanium-based materials of desired shapes and sizes in a cost-effective manner. presents.

3D 프린팅 공정은 FDM(Fused Deposition Modeling)과 유사한 금속 압출, 바인더 젯팅 등과 같은 작업 원리에 따라 달라질 수 있다. 따라서 최종 제품 개발에 채택된 방법에 따른 바인더 선택은 매우 중요한 요소이다. 기본적으로 바인더에는 다양한 기술에 대한 몇 가지 독특한 기능이 있어야 한다. 예를 들어, MIM의 경우 바인더는 분말 입자를 적시고 필요한 유동성을 유지하는 주요 구성 요소(major component, 일반적으로 왁스)와 용매 또는 열적 결합을 통해 주성분을 제거한 후에도 사출 성형된 샘플의 충분한 취급강도(green strength)를 제공하기 위한 백본 구성 요소라고도 하는 보조 구성 요소(secondary component, 일반적으로 고분자량 폴리머)의 두 가지 요소로 구성되어 있다. 3D printing processes can vary based on working principles such as metal extrusion, binder jetting, etc., similar to FDM (Fused Deposition Modeling). Therefore, binder selection according to the method adopted for final product development is a very important factor. Basically, a binder should have some unique features for different technologies. For example, in the case of MIM, the binder is a major component (usually a wax) that wets the powder particles and maintains the required fluidity and provides sufficient handling strength (green) to the injection molded sample even after removal of the major component through solvent or thermal bonding. It consists of two components: a secondary component (usually a high molecular weight polymer), also called a backbone component, to provide strength.

다양한 열가소성 폴리머가 금속 압출되기 위해 시도되고 있지만, 열가소성 폴리머의 온도 유도 응력(폴리머 구조의 완화와 관련된 왜곡)은 적층 구조의 3D 프린팅된 제품의 모양을 악화시킬 수 있다. Although various thermoplastic polymers have been attempted to be extruded into metal, temperature-induced stresses in thermoplastic polymers (distortions associated with relaxation of the polymer structure) can deteriorate the appearance of 3D printed products with layered structures.

이와 관련하여 PMMA, PP, PS, PEEK 등과 같은 다양한 반결정질 비정질 중합체가 열가소성 수지와 관련된 가공 문제를 극복하기 위해 시도되었으나, 이러한 고분자 중 상당수는 본질적으로 부서지기 쉽다는 한계가 존재하였다.In this regard, various semi-crystalline amorphous polymers such as PMMA, PP, PS, PEEK, etc. have been attempted to overcome the processing problems associated with thermoplastics, but many of these polymers have the limitation of being inherently brittle.

이에 본 발명자 등은 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐부티랄(PVB) 및 폴리비닐알코올(PVA) 중 어느 하나 이상의 바인더를 사용하면, 티타늄 합금 금속을 원소 상태로 안정화시킬 수 있고, 금속과의 부반응 없이 용이하게 탈바인딩될 수 있으며, 금속 분말 사출 성형, 3D 프린팅 및 분말 야금과 같은 가공 시에도 최종적으로 제조되는 제품의 형태 안정성 및 기계적 강도를 향상시킬 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.Accordingly, the present inventors have found that by using any one or more binders of polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinylbutyral (PVB), and polyvinyl alcohol (PVA), titanium alloy metal can be stabilized in the elemental state, and the metal The present invention was completed by discovering that it can be easily debound without side reactions and that the shape stability and mechanical strength of the final product can be improved even during processing such as metal powder injection molding, 3D printing, and powder metallurgy. It came down to this.

특허문헌 1. 한국등록특허 제10-2128736호Patent Document 1. Korean Patent No. 10-2128736

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 합금 금속을 원소 상태로 안정화시킬 수 있고, 이후 탈바인딩 공정에도 금속과의 부반응을 없이 용이하게 탈바인딩 되는 바인더를 사용하여 티타늄 합금을 제조하는 방법과 이를 통해 제조되어 기계적 강도가 유지되면서 생체적합성 및 안정성을 향상시킬 수 있는 티타늄 합금을 제공하는 것이다.The present invention was created to solve the problems described above, and the purpose of the present invention is to provide a binder that can stabilize the alloy metal in its elemental state and can be easily debound without side reactions with the metal during the subsequent debinding process. The object of the present invention is to provide a method of manufacturing a titanium alloy using the method and a titanium alloy that can improve biocompatibility and stability while maintaining mechanical strength.

본 발명의 일 측면은 (ⅰ) 티타늄, 니오븀 및 주석을 혼합하여 합금 금속 혼합물을 제조하는 단계; (ⅱ) 용매에 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐부티랄(PVB) 및 폴리비닐알코올(PVA) 중 어느 하나 이상의 고분자 바인더를 용해시켜 고분자 바인더 용액을 제조하는 단계; (ⅲ) 상기 합금 금속 혼합물과 상기 고분자 바인더 용액을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; (ⅳ) 상기 혼합물을 건조하는 단계; 및 (ⅴ) 상기 혼합물에서 상기 고분자 바인더를 제거하는 단계;를 포함하는 티타늄 합금의 제조방법을 제공한다.One aspect of the present invention includes (i) preparing an alloy metal mixture by mixing titanium, niobium, and tin; (ii) preparing a polymer binder solution by dissolving at least one polymer binder among polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinylbutyral (PVB), and polyvinyl alcohol (PVA) in a solvent; (iii) preparing a mixture by mixing the alloy metal mixture and the polymer binder solution; (iv) drying the mixture; and (v) removing the polymer binder from the mixture.

본 발명의 다른 측면은 상기 티타늄 합금의 제조방법으로 제조된 티타늄 합금을 제공한다.Another aspect of the present invention provides a titanium alloy manufactured by the above titanium alloy manufacturing method.

본 발명의 또 다른 측면은 상기 티타늄 합금을 금속 분말 사출(MIM) 성형, 3D 프린팅 및 분말 야금(P/M) 중 어느 하나 이상의 방법으로 가공하여 제조되는 티타늄 합금 가공품을 제공한다.Another aspect of the present invention provides a titanium alloy processed product manufactured by processing the titanium alloy by any one or more of metal powder injection (MIM) molding, 3D printing, and powder metallurgy (P/M).

본 발명은 티타늄 합금의 제조방법 및 티타늄 합금에 관한 것으로, 본 발명의 티타늄 합금 제조방법은 합금 금속을 원소 상태로 안정화시킬 수 있고, 이후 탈바인딩 공정에도 금속과의 부반응을 유발하지 않고 용이하게 탈바인딩 되는 바인더를 사용하여 제조되는 티타늄 합금의 기계적 강도 및 안정성을 우수한 수준으로 향상시킬 수 있다. 또한, 온도 유도 응력에 의한 구조적 왜곡이 적고 강도가 높은 바인더를 사용하여, 금속 분말 사출 성형, 3D 프린팅 및 분말 야금과 같은 가공 시 최종적으로 제조되는 제품의 형태 안정성 및 기계적 강도를 개선시킬 수 있다.The present invention relates to a method for producing a titanium alloy and a titanium alloy. The method for producing a titanium alloy of the present invention can stabilize the alloy metal in its elemental state, and can be easily removed without causing side reactions with the metal during the subsequent debinding process. The mechanical strength and stability of titanium alloy manufactured using a binding binder can be improved to an excellent level. In addition, by using a binder with high strength and little structural distortion due to temperature-induced stress, the shape stability and mechanical strength of the final product can be improved during processing such as metal powder injection molding, 3D printing, and powder metallurgy.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리비닐피롤리돈과 합금 금속 혼합물 사이의 결합 특성을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 제조예의 제조과정을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1의 제조과정을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에서 바인더 제거에 사용된 탈바인딩 장치를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명의 제조예 1-1 내지 제조예 1-4의 PVP-합금 금속 혼합물 및 비교제조예 1의 합금 금속 혼합물의 (a) 광학현미경 이미지, (b) 티슈페이퍼를 통한 유동성 측정 사진이미지, (c,d) 유동성 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 PVP-합금 금속 혼합물의 주사전자현미경(SEM) 및 에너지 분산 X선 분광(EDS) 이미지를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 PVP-합금 금속 혼합물의 EDS 분석 결과를 통한 실제 합금 조성비 및 예상된 합금 조성비를 나타낸 그래프이다.
도 8은 PVP(K 90)의 열 중량 분석(TGA) 및 시차 주사 열량 분석(DSC) 결과를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 실시예 1의 600 ℃에서 고분자 바인더 제거 이후 주사전자현미경(SEM) 이미지를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 실시예 2의 1000 ℃에서 고분자 바인더 제거 이후 주사전자현미경(SEM) 이미지를 나타낸 것이다.
도 11은 바인더 제거 온도에 따른 탄소 함량을 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 2의 PVP-합금 금속 혼합물 제조 30 일 이후 X선 회절 분석(XRD) 결과를 나타낸 것이다.
Figure 1 is a schematic diagram schematically showing the bonding characteristics between polyvinylpyrrolidone and an alloy metal mixture according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram schematically showing the manufacturing process of the manufacturing example of the present invention.
Figure 3 is a schematic diagram schematically showing the manufacturing process of Example 1 of the present invention.
Figure 4 is a schematic diagram schematically showing the debinding device used to remove the binder in Example 1 of the present invention.
Figure 5 is (a) an optical microscope image of the PVP-alloy metal mixture of Preparation Examples 1-1 to 1-4 of the present invention and the alloy metal mixture of Comparative Preparation Example 1, (b) a photo of the fluidity measurement through tissue paper. Images (c,d) show the results of fluidity measurement.
Figure 6 shows scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) images of the PVP-alloy metal mixture prepared in Example 1 of the present invention.
Figure 7 is a graph showing the actual alloy composition ratio and the expected alloy composition ratio based on EDS analysis results of the PVP-alloy metal mixture prepared in Example 1 of the present invention.
Figure 8 shows thermogravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC) results of PVP (K 90).
Figure 9 shows a scanning electron microscope (SEM) image after removal of the polymer binder at 600°C in Example 1 of the present invention.
Figure 10 shows a scanning electron microscope (SEM) image of Example 2 of the present invention at 1000°C after removal of the polymer binder.
Figure 11 is a graph showing carbon content according to binder removal temperature.
Figure 12 shows the results of X-ray diffraction analysis (XRD) after 30 days of preparing the PVP-alloy metal mixture of Examples 1 to 2 of the present invention.

이하 본 발명을 첨부된 도면 및 실시예와 함께 더욱 구체적으로 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with the accompanying drawings and examples.

본 발명은 (ⅰ) 티타늄, 니오븀 및 주석을 혼합하여 합금 금속 혼합물을 제조하는 단계; (ⅱ) 용매에 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐부티랄(PVB) 및 폴리비닐알코올(PVA) 중 어느 하나 이상의 고분자 바인더를 용해시켜 고분자 바인더 용액을 제조하는 단계; (ⅲ) 상기 합금 금속 혼합물과 상기 고분자 바인더 용액을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; (ⅳ) 상기 혼합물을 건조하는 단계; 및 (ⅴ) 상기 혼합물에서 상기 고분자 바인더를 제거하는 단계;를 포함하는 티타늄 합금의 제조방법을 제공한다.The present invention includes the steps of (i) mixing titanium, niobium and tin to prepare an alloy metal mixture; (ii) preparing a polymer binder solution by dissolving at least one polymer binder among polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinylbutyral (PVB), and polyvinyl alcohol (PVA) in a solvent; (iii) preparing a mixture by mixing the alloy metal mixture and the polymer binder solution; (iv) drying the mixture; and (v) removing the polymer binder from the mixture.

이하, 본 발명의 티타늄 합금 제조방법의 각 단계를 더욱 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, each step of the titanium alloy manufacturing method of the present invention will be described in more detail.

(ⅰ) 티타늄, 니오븀 및 주석을 혼합하여 합금 금속 혼합물을 제조하는 단계(i) mixing titanium, niobium and tin to prepare an alloy metal mixture

먼저, 합금의 금속 구성요소들을 혼합하여 합금 금속 혼합물을 제조한다. First, the metal components of the alloy are mixed to produce an alloy metal mixture.

상기 합금 금속 혼합물은, 티타늄 40 내지 83 중량%, 니오븀 5 내지 20 중량% 및 주석 2 내지 10 중량%를 포함하는 것일 수 있다.The alloy metal mixture may include 40 to 83% by weight of titanium, 5 to 20% by weight of niobium, and 2 to 10% by weight of tin.

지르코늄은 티타늄 족(IV B)에 속하여 티타늄과 유사한 화학적 특성으로 유망한 티타늄 합금의 원소가 될 수 있다. 또한, 지르코늄은 티타늄과 유사하게 표면에 산화피막이 형성되어 내식성이 향상되며 독성이 없으며, 고온에서는 bcc(β) 및 저온에서 hcp(α)의 두 가지 유형의 결정 구조를 나타낸다. 상기 합금 금속 혼합물이 지르코늄을 더 포함할 수 있으며, 지르코늄을 더 포함할 때 부식 저항 성능이 향상되는 이점이 존재한다. 상기 합금 금속의 지르코늄 함량은 10 내지 40 중량%일 수 있다. Zirconium belongs to the titanium group (IV B) and can be a promising titanium alloy element with chemical properties similar to titanium. In addition, zirconium, similar to titanium, forms an oxide film on the surface, improving corrosion resistance and being non-toxic. It exhibits two types of crystal structures: bcc (β) at high temperatures and hcp (α) at low temperatures. The alloy metal mixture may further include zirconium, and there is an advantage in that corrosion resistance performance is improved when zirconium is further included. The zirconium content of the alloy metal may be 10 to 40% by weight.

상기 합금 금속 혼합물은 바람직하게는, 티타늄 40 내지 83 중량%, 지르코늄 10 내지 40 중량%, 니오븀 5 내지 20 중량% 및 주석 2 내지 10 중량%를 포함하는 것일 수 있고, 더욱 바람직하게는 티타늄 43 내지 60 중량%, 지르코늄 23 내지 35 중량%, 니오븀 13 내지 17 중량% 및 주석 4.3 내지 7 중량%를 포함하는 것일 수 있고, 가장 바람직하게는 상기 합금 금속 혼합물은 티타늄 47 내지 55 중량%, 지르코늄 25 내지 30 중량%, 니오븀 14 내지 16 중량% 및 주석 4.5 내지 6 중량%를 포함하는 것일 수 있다.The alloy metal mixture may preferably include 40 to 83% by weight of titanium, 10 to 40% by weight of zirconium, 5 to 20% by weight of niobium, and 2 to 10% by weight of tin, and more preferably 43 to 10% by weight of titanium. It may contain 60% by weight, 23 to 35% by weight of zirconium, 13 to 17% by weight of niobium, and 4.3 to 7% by weight of tin, and most preferably, the alloy metal mixture contains 47 to 55% by weight of titanium, and 25 to 25% by weight of zirconium. It may contain 30% by weight, 14 to 16% by weight of niobium, and 4.5 to 6% by weight of tin.

티타늄(Ti)은 저밀도, 높은 비강도, 생체적합성 및 우수한 내식성을 나타내는 소재로 알려져 있다. 상기 합금 금속 혼합물에서 티타늄 함량이 40 중량% 미만이면, 강도가 저하될 수 있고, 반대로 83 중량% 초과이면 내마모성이 저하될 수 있다.Titanium (Ti) is known as a material with low density, high specific strength, biocompatibility, and excellent corrosion resistance. If the titanium content in the alloy metal mixture is less than 40% by weight, strength may be reduced, and conversely, if it is more than 83% by weight, wear resistance may be reduced.

상기 합금 금속 혼합물에서 니오븀(Nb)의 함량이 5 중량% 미만이면 생체적합성이 낮아지거나 최종적으로 제조된 합금에 부서지기 쉬운 ω 상이 나타날 수 있고, 반대로 20 중량% 초과이면 강도가 저하될 수 있다.If the content of niobium (Nb) in the alloy metal mixture is less than 5% by weight, biocompatibility may be lowered or a brittle ω phase may appear in the final manufactured alloy, and conversely, if it is more than 20% by weight, strength may be reduced.

상기 합금 금속 혼합물에서 주석(Sn)의 함량이 2 중량% 미만이면 티타늄 합금의 내마모성 및 내피로성이 저하될 수 있고, 반대로 10 중량% 초과로 포함되면 -β상의 안정성이 저하될 수 있다.If the content of tin (Sn) in the alloy metal mixture is less than 2% by weight, the wear resistance and fatigue resistance of the titanium alloy may be reduced, and conversely, if the content of tin (Sn) is more than 10% by weight, the stability of the -β phase may be reduced.

상기 합금 금속 혼합물에서 지르코늄(Zr) 함량이 10 중량% 미만이면, 부식방지 성능이 저하될 수 있고, 반대로 40 중량% 초과이면 강도가 저하될 수 있다.If the zirconium (Zr) content in the alloy metal mixture is less than 10% by weight, corrosion prevention performance may be reduced, and conversely, if it is more than 40% by weight, strength may be reduced.

(ⅱ) 용매에 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐부티랄(PVB) 및 폴리비닐알코올(PVA) 중 어느 하나 이상의 고분자 바인더를 용해시켜 고분자 바인더 용액을 제조하는 단계(ii) preparing a polymer binder solution by dissolving at least one polymer binder among polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinylbutyral (PVB), and polyvinyl alcohol (PVA) in a solvent.

그 다음 고분자 바인더 용액을 제조한다.Next, prepare a polymer binder solution.

상기 용매는 물, 에탄올, 메탄올, 프로판올 및 부탄올 중 어느 하나 이상일 수 있다.The solvent may be any one or more of water, ethanol, methanol, propanol, and butanol.

앞서 설명한 바와 같이, 종래의 MIM 공정 또는 3D 프린팅과 같이 니어-네트 형상의 합금 재료를 제조하는 방법에 있어서, 종래의 사용되던 바인더는 합금 구성요소에 따라 각기 다른 상호작용 정도가 고려되지 않았다. 또한, 어떤 고분자 바인더는 생체적합성이 아예 없었으며(PMMA), 열가소성 또는 반결정질 비정질 고분자가 사용되어 온도 유발 응력으로 인하여 최종 제품의 모양을 변형시키거나(뒤틀림, 결함) 부서지기 쉬웠다는 문제점이 존재하였다. As described above, in methods of manufacturing near-net-shaped alloy materials such as conventional MIM processes or 3D printing, the binders used conventionally do not take into account the different degrees of interaction depending on the alloy components. In addition, some polymer binders were not biocompatible at all (PMMA), and the use of thermoplastic or semi-crystalline amorphous polymers had the problem of deforming the shape of the final product (distortion, defects) or making it brittle due to temperature-induced stress. did.

이에 본 발명에서는 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP), 폴리비닐부티랄(Polyvinyl butyral, PVB) 및 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol, PVA) 중 어느 하나 이상의 바인더를 사용하여 합금 금속을 원소 상태로 안정화시키고 이후 바인더 제거 공정에서 금속과의 부반응 없이 용이하게 제거하여 제조된 티타늄 합금 및 이를 이용한 티타늄 합금 가공품의 형상 안정성과 강도를 현저하게 개선하였다.Accordingly, in the present invention, the alloy metal is stabilized in the elemental state by using any one or more binders of polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinyl butyral (PVB), and polyvinyl alcohol (PVA). In the binder removal process, the shape stability and strength of the manufactured titanium alloy and titanium alloy processed products using the same were significantly improved by easily removing the binder without any side reactions with the metal.

특히, 상기 고분자 바인더가 폴리비닐피롤리돈(PVP)일 때 비독성(non-toxic) 용매인 물, 알콜 등에 쉽게 용해될 수 있고, 이후 바인더 제거 공정 이후 미량 잔존하여도 체내 염증 반응을 일으키지 않을 수 있다. 또한, 산소 및 수분과 반응성이 높은 지르코늄이 포함된 경우에도 티타늄 합금을 안정화할 수 있어 발화 가능성을 현저하게 줄일 수 있다는 이점이 존재한다. In particular, when the polymer binder is polyvinylpyrrolidone (PVP), it can be easily dissolved in non-toxic solvents such as water and alcohol, and will not cause an inflammatory reaction in the body even if a trace amount remains after the binder removal process. You can. In addition, there is an advantage in that titanium alloy can be stabilized even when it contains zirconium, which is highly reactive with oxygen and moisture, and the possibility of ignition can be significantly reduced.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리비닐피롤리돈과 합금 금속 혼합물 사이의 결합 특성을 개략적으로 나타낸 모식도이다. 상기 도 1을 참조하면, 폴리비닐피롤리돈(PVP)은 폴리비닐피롤리돈의 산소(O) 비결합 전자와 금속의 빈 d-오비탈(즉, nd) 사이의 비공유 상호작용을 통해 금속(특히, 반응성이 높은 지르코늄(Zr))의 안정화를 촉진하고 금속 표면에 코팅된다. 결과적으로, 금속 표면 위에 PVP의 결합 및 코팅을 통해 더 작은 입자(즉, Zr, Nb 및 Sn)가 더 큰 입자(즉, Ti)에 부착된 어셈블리를 형성한다.Figure 1 is a schematic diagram schematically showing the bonding characteristics between polyvinylpyrrolidone and an alloy metal mixture according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, polyvinylpyrrolidone (PVP) is a metal (i.e., nd) through non-covalent interaction between the oxygen (O) non-bonding electrons of polyvinylpyrrolidone and the empty d-orbital (i.e., nd) of the metal. In particular, it promotes the stabilization of highly reactive zirconium (Zr) and is coated on the metal surface. As a result, the bonding and coating of PVP on the metal surface forms an assembly where smaller particles (i.e. Zr, Nb and Sn) are attached to larger particles (i.e. Ti).

특히, 상기 고분자 바인더는 K 값이 15 내지 100, 바람직하게는 50 내지 95인 폴리비닐피롤리돈일 수 있는데, 폴리비닐피롤리돈의 K 값이 상기 하한치 미만이면 유동성이 나빠져 공정성이 저하될 수 있고, 반대로 상기 상한치 초과이면 용매에 용해시키는데 시간이 오래 걸려 공정 시간이 증가할 수 있다.In particular, the polymer binder may be polyvinylpyrrolidone with a K value of 15 to 100, preferably 50 to 95. If the K value of polyvinylpyrrolidone is less than the lower limit, fluidity may deteriorate and processability may be reduced. On the other hand, if it exceeds the above upper limit, it takes a long time to dissolve it in the solvent, which may increase the process time.

상기 K 값은 분자량의 척도로서 피켄트세르식(Fikentscher's formula)에 의한 점도 측정에서 얻어질 수 있다. 보다 구체적으로는 문헌(H. Fikentscher, Cellulose-Chemie, 1932, 13:58-64/71-74)에 기재된 방법에 따라 1 중량%의 수용액을 사용하여 측정될 수 있다.The K value is a measure of molecular weight and can be obtained from viscosity measurement using Fikentscher's formula. More specifically, it can be measured using a 1% by weight aqueous solution according to the method described in the literature (H. Fikentscher, Cellulose-Chemie, 1932, 13:58-64/71-74).

상기 고분자 바인더 용액은 상기 고분자 바인더를 0.01 내지 65 mg/mL, 바람직하게는 0.03 내지 10 mg/mL 농도로 포함하는 것일 수 있다. 고분자 바인더의 농도가 상기 범위를 만족할 때 합금 금속 구성요소가 단일 입자를 잘 형성하고 있어 금속 분진이 발생하지 않았으며, 위치에 따른 조성 편차가 저하되는 것을 확인하였다.The polymer binder solution may contain the polymer binder at a concentration of 0.01 to 65 mg/mL, preferably 0.03 to 10 mg/mL. When the concentration of the polymer binder satisfies the above range, the alloy metal components well formed single particles, so metal dust did not occur, and it was confirmed that the composition deviation depending on the location was reduced.

(ⅲ) 상기 합금 금속 혼합물과 상기 고분자 바인더 용액을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계(iii) preparing a mixture by mixing the alloy metal mixture and the polymer binder solution.

그 다음, 상기 합금 금속 혼합물과 상기 고분자 바인더 용액을 혼합시켜 상기 합금 금속 구성요소들을 고분자 바인더로 결합시켜 합금 원소를 고정한다.Next, the alloy metal mixture and the polymer binder solution are mixed to bind the alloy metal components with the polymer binder to fix the alloy elements.

이때, 상기 금속 혼합물 100 중량부에 대하여 상기 고분자 바인더가 0.1 내지 30 중량부, 바람직하게는 0.4 내지 25 중량부, 더욱 바람직하게는 5 내지 23 중량부, 가장 바람직하게는 10 내지 22 중량부가 되도록 상기 합금 금속 혼합물과 상기 고분자 바인더 용액을 혼합시키는 것일 수 있다. 상기 금속 혼합물 100 중량부에 대하여 상기 고분자 바인더의 중량부가 상기 하한치 미만이면 합금 금속 혼합물의 구성요소들이 단일 입자를 형성하지 않을 수 있고, 반대로 상기 상한치 초과이면 바인딩 제거 공정 이후에도 바인더가 잔류하거나 바람직하지 않은 부산물을 발생시킬 수 있다. At this time, the polymer binder is used in an amount of 0.1 to 30 parts by weight, preferably 0.4 to 25 parts by weight, more preferably 5 to 23 parts by weight, and most preferably 10 to 22 parts by weight, based on 100 parts by weight of the metal mixture. The alloy metal mixture may be mixed with the polymer binder solution. If the weight part of the polymer binder relative to 100 parts by weight of the metal mixture is less than the lower limit, the components of the alloy metal mixture may not form a single particle. Conversely, if it exceeds the upper limit, the binder may remain or may be undesirable even after the binding removal process. By-products may be generated.

(ⅳ) 상기 혼합물을 건조하는 단계(iv) drying the mixture

그 다음, 상기 혼합물을 건조하여 앞서 사용된 용매를 제거한다.The mixture is then dried to remove the previously used solvent.

상기 건조는 30 내지 100 ℃에서 1 내지 12 시간 동안, 바람직하게는 40 내지 90 ℃에서 2 내지 8 시간, 더욱 바람직하게는 50 내지 80 ℃에서 4 내지 7 시간 동안 수행되는 것일 수 있다.The drying may be performed at 30 to 100°C for 1 to 12 hours, preferably at 40 to 90°C for 2 to 8 hours, and more preferably at 50 to 80°C for 4 to 7 hours.

상기 건조 온도 및 건조 시간 중 어느 하나 이상이 상기 하한치 미만이면 용매가 잔존하여 기공(voids) 등이 생길 수 있고, 반대로 상기 상한치 초과이면 다시 냉각 공정이 필요하여 전체적인 공정 시간이 과도히 길어질 수 있어 바람직하지 않다.If at least one of the drying temperature and drying time is less than the lower limit, solvent may remain and pores, etc. may occur. Conversely, if it exceeds the upper limit, a cooling process is required again and the overall process time may be excessively long, which is preferable. don't do it

(ⅴ) 상기 혼합물에서 상기 고분자 바인더를 제거하는 단계(v) removing the polymer binder from the mixture.

그 다음 상기 혼합물에서 바인더를 제거하여 합금을 제조한다.The binder is then removed from the mixture to prepare the alloy.

상기 (ⅴ) 단계는 상기 혼합물을 극성용매에 용해시켜 수행되는 것일 수 있다. 이때 극성용매는 물 또는 에탄올 중 어느 하나 이상일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 특히, 본 발명에서 사용된 고분자 바인더는 극성용매에 용해성이 높아 상기 혼합물을 극성용매에 용해시키는 것으로 제거가 가능하다.Step (v) may be performed by dissolving the mixture in a polar solvent. At this time, the polar solvent may be one or more of water or ethanol, but is not limited thereto. In particular, the polymer binder used in the present invention is highly soluble in polar solvents and can be removed by dissolving the mixture in a polar solvent.

상기 (ⅴ) 단계는 상기 혼합물에 열을 가하여 수행되는 것일 수 있다. 종래의 사용되던 열가소성 또는 반결정질 고분자 바인더의 경우 온도 유도 응력에 의하여 최종적으로 제조되었을 때 뒤틀림 또는 결함이 발생할 수 있었으나, 본 발명에 사용되는 고분자 바인더는 열을 가하여도 뒤틀림 또는 결함이 발생하지 않아 최종적으로 제조된 물질의 형태안정성을 향상시킬 수 있다.Step (v) may be performed by applying heat to the mixture. In the case of conventionally used thermoplastic or semi-crystalline polymer binders, distortion or defects may occur when finally manufactured due to temperature-induced stress, but the polymer binder used in the present invention does not cause distortion or defects even when heat is applied, resulting in final manufacturing. The dimensional stability of the manufactured material can be improved.

보다 구체적으로, 상기 (ⅴ) 단계는 상기 혼합물을 500 내지 1300 ℃ 온도로 승온시켜 0.5 내지 10 시간 동안 유지시켜 수행되는 것일 수 있고, 더욱 바람직하게는 상기 혼합물을 800 내지 1100 ℃ 온도로 승온시켜 0.8 내지 6 시간 동안 유지시켜 수행되는 것일 수 있다.More specifically, step (v) may be performed by raising the temperature of the mixture to 500 to 1300 ° C and maintaining it for 0.5 to 10 hours, more preferably by heating the mixture to 800 to 1100 ° C and maintaining it for 0.8 hours. It may be performed by maintaining it for up to 6 hours.

이때 온도 및 시간 중 어느 하나 이상이 상기 하한치 미만이면, 바인더가 충분히 제거되지 않아 잔존한 바인더가 티타늄 합금의 물성을 저하시킬 수 있고, 반대로 상기 상한치 초과이면, 티타늄의 부반응으로 제조되는 티타늄 합금의 물성이 현저하게 저하될 수 있다. At this time, if any one of the temperature and time is less than the lower limit, the binder is not sufficiently removed and the remaining binder may deteriorate the physical properties of the titanium alloy. Conversely, if it exceeds the upper limit, the physical properties of the titanium alloy produced by a side reaction of titanium This may decrease significantly.

상기 (ⅴ) 단계 이후 상기 고분자 바인더가 제거된 혼합물을 용매로 세척하거나 에어 블로잉(air-blowing) 공정을 수행하여 미량의 잔량 탄소를 제거할 수 있다.After step (v), the mixture from which the polymer binder has been removed can be washed with a solvent or subjected to an air-blowing process to remove trace amounts of remaining carbon.

상기 (ⅰ) 내지 (ⅴ) 단계는 불활성 분위기 하에서 수행되는 것일 수 있다. 지르코늄은 대기 중 산소 및 수분과 반응성이 높아 상기 (ⅰ) 내지 (ⅴ) 단계가 불활성 분위기 하에서 수행되지 않는 경우, 화재 발생 가능성이 있다. 상기 불활성 분위기는 아르곤 분위기를 의미하는 것일 수 있다. Steps (i) to (v) may be performed under an inert atmosphere. Zirconium is highly reactive with oxygen and moisture in the atmosphere, so if steps (i) to (v) above are not performed under an inert atmosphere, there is a possibility of fire. The inert atmosphere may mean an argon atmosphere.

(ⅵ) 상기 (ⅴ) 단계에서 얻어진 티타늄 합금을 가공하여 티타늄 합금 가공품을 수득하는 단계(vi) Processing the titanium alloy obtained in step (v) to obtain a titanium alloy processed product.

그 다음, 상기 (ⅴ) 단계에서 얻어진 티타늄 합금을 가공하여 티타늄 합금 가공품을 수득할 수 있다.Next, the titanium alloy obtained in step (v) can be processed to obtain a titanium alloy processed product.

이때 상기 가공은 금속 분말 사출(Metal powder Injection Molding; MIM) 성형 공정, 3D 프린팅 및 분말 야금(Powder Metallurgy, P/M) 중 어느 하나 이상일 수 있다.At this time, the processing may be one or more of a metal powder injection molding (MIM) molding process, 3D printing, and powder metallurgy (P/M).

본 발명의 티타늄 합금 제조방법은 부서지기 쉬운 취성(brittleness)이 낮고 온도에 따른 구조의 변화가 적은 고분자 바인더를 사용하여 금속 분말 사출 성형, 3D 프린팅 및 분말 야금과 같은 가공 시에도 최종적으로 제조되는 제품의 형태 안정성 및 기계적 강도를 향상시킬 수 있다.The titanium alloy manufacturing method of the present invention uses a polymer binder with low brittleness and little change in structure depending on temperature, and the final product is manufactured even during processing such as metal powder injection molding, 3D printing, and powder metallurgy. Shape stability and mechanical strength can be improved.

특히, 하기 실시예 및 비교예에 명시적으로 기재하지는 않았으나, 본 발명의 티타늄 합금 제조방법에 있어서, 하기 조건들을 달리하여 티타늄 합금을 제조하였다.In particular, although not explicitly described in the following examples and comparative examples, in the titanium alloy manufacturing method of the present invention, titanium alloy was manufactured by varying the following conditions.

그 결과, 하기 조건들을 모두 만족한 경우에만 제조되는 티타늄 합금의 기계적 강도, 생체적합성 및 치수안정성이 모두 고르게 우수하였다.As a result, the mechanical strength, biocompatibility, and dimensional stability of the titanium alloy manufactured only when all of the following conditions were satisfied were uniformly excellent.

다만, 하기 조건 중 어느 하나라도 만족하지 않는 경우, 기계적 강도 및 생체적합성이 고르게 우수하지 않거나 치수안정성이 저하되어 내구성 및 가공성이 현저하게 저하되는 것을 확인하였다.However, when any of the following conditions were not satisfied, it was confirmed that mechanical strength and biocompatibility were not uniformly excellent or dimensional stability was reduced, leading to a significant decrease in durability and processability.

상기 합금 금속 혼합물은 티타늄 47 내지 55 중량%, 지르코늄 25 내지 30 중량%, 니오븀 14 내지 16 중량% 및 주석 4.5 내지 6 중량%를 포함하는 것이고,The alloy metal mixture includes 47 to 55% by weight of titanium, 25 to 30% by weight of zirconium, 14 to 16% by weight of niobium, and 4.5 to 6% by weight of tin,

상기 용매는 에탄올이고,The solvent is ethanol,

상기 고분자 바인더는 K 값이 50 내지 95인 폴리비닐피롤리돈(PVP)이고,The polymer binder is polyvinylpyrrolidone (PVP) with a K value of 50 to 95,

상기 고분자 바인더 용액은 상기 고분자 바인더를 0.03 내지 10 mg/mL 농도로 포함하는 것이고,The polymer binder solution contains the polymer binder at a concentration of 0.03 to 10 mg/mL,

상기 (ⅲ) 단계는 상기 금속 혼합물 100 중량부에 대하여 상기 고분자 바인더가 10 내지 22 중량부가 되도록 상기 합금 금속 혼합물과 상기 고분자 바인더 용액을 혼합시키는 것이고,Step (iii) is mixing the alloy metal mixture and the polymer binder solution so that the polymer binder is 10 to 22 parts by weight based on 100 parts by weight of the metal mixture,

상기 건조는 50 내지 80 ℃에서 4 내지 7 시간 동안 수행되는 것이고,The drying is carried out at 50 to 80 ° C. for 4 to 7 hours,

상기 (ⅴ) 단계는 상기 혼합물을 800 내지 1100 ℃ 온도로 승온시켜 0.8 내지 6 시간 동안 유지시켜 수행되는 것이고,Step (v) is performed by raising the temperature of the mixture to 800 to 1100 ° C and maintaining it for 0.8 to 6 hours,

상기 (ⅰ) 내지 (ⅴ) 단계는 불활성 분위기 하에서 수행되는 것일 수 있다.Steps (i) to (v) may be performed under an inert atmosphere.

또한, 본 발명은 상기 티타늄 합금 제조방법으로 제조된 티타늄 합금을 제공한다.Additionally, the present invention provides a titanium alloy manufactured by the above titanium alloy manufacturing method.

또한, 본 발명은 상기 티타늄 합금을 금속 분말 사출(MIM) 성형, 3D 프린팅 및 분말 야금(P/M) 중 어느 하나 이상의 방법으로 가공하여 제조되는 티타늄 합금 가공품을 제공한다.In addition, the present invention provides a titanium alloy processed product manufactured by processing the titanium alloy by any one or more of metal powder injection (MIM) molding, 3D printing, and powder metallurgy (P/M).

상기 티타늄 합금 제조방법으로 제조된 티타늄 합금은 분진이 매우 적고 우수한 기계적 물성을 나타내어 산업의 소재 및 부품에 적용 가능하며, 티타늄을 포함하여 우수한 생체적합성을 나타내어 의료용 소재 및 부품에 적용 가능하다.The titanium alloy manufactured by the titanium alloy manufacturing method has very little dust and exhibits excellent mechanical properties, so it can be applied to industrial materials and parts. It also shows excellent biocompatibility, including titanium, and can be applied to medical materials and parts.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.Hereinafter, preferred embodiments are presented to aid understanding of the present invention. However, the following examples are merely illustrative of the present invention, and it is clear to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope and spirit of the present invention. It is natural that such variations and modifications fall within the scope of the attached patent claims.

실시예 Example

재료ingredient

순도 99% 이상의 티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 및 주석(Sn) 분말은 한국 Thermo Fisher Scientific에서 구입하였으며, 상기 티타늄, 니오븀 및 주석 분말의 평균 크기는 각각 ~149 μm(100 mesh), 1~5 μm 및 ~44 μm이었다. ~149 μm 크기(100 mesh)의 지르코늄(Zr)은 Sigma Aldrich, South Korea에서 구입하였다. Titanium (Ti), niobium (Nb), and tin (Sn) powders with a purity of more than 99% were purchased from Thermo Fisher Scientific in Korea, and the average sizes of the titanium, niobium, and tin powders were ~149 μm (100 mesh) and 1~149 μm (100 mesh), respectively. 5 μm and ~44 μm. Zirconium (Zr) with a size of ~149 μm (100 mesh) was purchased from Sigma Aldrich, South Korea.

상기 Zr 분말은 글로브 박스에서 100 시간 동안 볼 밀링(볼 크기-10mm, 볼 대 분말 비율(BPR) 5:1, 밀링 속도 120 rpm)하여 크기를 1~15 μm로 감소시켜 준비하였다.The Zr powder was prepared by ball milling (ball size-10 mm, ball-to-powder ratio (BPR) 5:1, milling speed 120 rpm) in a glove box for 100 hours to reduce the size to 1-15 μm.

폴리비닐피롤리돈(PVP, Sokalan K 17 및 K 90 P)은 한국 BASF에서 구입하였으며, 에탄올은 대한민국 Daejung에서 구입하였다.Polyvinylpyrrolidone (PVP, Sokalan K 17 and K 90 P) was purchased from BASF, Korea, and ethanol was purchased from Daejung, Korea.

제조예 1-1. Ti-8Nb-2SnProduction Example 1-1. Ti-8Nb-2Sn

도 2는 본 발명의 제조예의 제조과정을 개략적으로 나타낸 모식도로서, 이하 도 2를 참조하여 제조예 1-1의 제조과정을 설명하도록 한다.Figure 2 is a schematic diagram schematically showing the manufacturing process of the manufacturing example of the present invention. The manufacturing process of Preparation Example 1-1 will be described below with reference to Figure 2.

합금 금속 혼합물 제조Alloy metal mixture manufacturing

티타늄 82.23 중량%, 니오붐 13.62 중량% 및 주석 4.15 중량%(Ti:Nb:Sn=90:8:2 원자비)을 글러브 박스에 투입하고 대기 하에서 100 rpm에서 4 시간 동안 볼 없이 볼 밀링하여 혼합함으로써 합금 금속 혼합물을 제조하였다. 82.23% by weight of titanium, 13.62% by weight of niobium, and 4.15% by weight of tin (Ti:Nb:Sn=90:8:2 atomic ratio) were placed in a glove box and mixed by ball milling without balls at 100 rpm for 4 hours in air. An alloy metal mixture was prepared by doing so.

PVP-합금 금속 혼합물 제조PVP-alloy metal mixture manufacturing

에탄올에 폴리비닐피롤리돈(PVP, K 90)을 60 mg/mL 농도가 되도록 용해시킨 PVP 용액을 준비한 후, 상기 합금 급속 혼합물 100 중량부에 대하여 폴리비닐피롤리돈이 0.25 중량부가 되도록 상기 합금 금속 혼합물을 상기 PVP 용액에 첨가하고 15 분 동안 교반하여 혼합물을 제조하였다. 그 다음 상기 혼합물을 60 ℃에서 6 시간 동안 건조한 후 분쇄(motor and pestle 이용)하였다. After preparing a PVP solution in which polyvinylpyrrolidone (PVP, K 90) was dissolved in ethanol to a concentration of 60 mg/mL, the alloy was added to 0.25 parts by weight of polyvinylpyrrolidone based on 100 parts by weight of the alloy rapid mixture. The metal mixture was added to the PVP solution and stirred for 15 minutes to prepare the mixture. The mixture was then dried at 60°C for 6 hours and then pulverized (using a motor and pestle).

제조예 1-2Manufacturing Example 1-2

상기 제조예 1-1과 동일하게 제조하되, 상기 합금 급속 혼합물 100 중량부에 대하여 폴리비닐피롤리돈이 0.5 중량부가 되도록 상기 합금 금속 혼합물을 상기 PVP 용액에 첨가하였다. It was prepared in the same manner as Preparation Example 1-1, but the alloy metal mixture was added to the PVP solution so that 0.5 parts by weight of polyvinylpyrrolidone was added to 100 parts by weight of the rapid alloy mixture.

제조예 1-3Manufacturing Example 1-3

상기 제조예 1-1과 동일하게 제조하되, 상기 합금 급속 혼합물 100 중량부에 대하여 폴리비닐피롤리돈이 0.75 중량부가 되도록 상기 합금 금속 혼합물을 상기 PVP 용액에 첨가하였다.It was prepared in the same manner as Preparation Example 1-1, except that the alloy metal mixture was added to the PVP solution so that 0.75 parts by weight of polyvinylpyrrolidone was added to 100 parts by weight of the rapid alloy mixture.

제조예 1-4Manufacturing Example 1-4

상기 제조예 1-2와 동일하게 제조하되, 폴리비닐피롤리돈(PVP, K 90)이 아닌 폴리비닐피롤리돈(PVP, K 17)을 사용하였다.It was prepared in the same manner as in Preparation Example 1-2, except that polyvinylpyrrolidone (PVP, K 17) was used instead of polyvinylpyrrolidone (PVP, K 90).

비교제조예 1Comparative Manufacturing Example 1

실시예 1과 동일하게 합금 금속 혼합물을 제조하여 사용하였다.An alloy metal mixture was prepared and used in the same manner as in Example 1.

실시예 1. Ti-20Zr-11Nb-3SnExample 1. Ti-20Zr-11Nb-3Sn

도 3은 본 발명의 실시예 1의 제조과정을 개략적으로 나타낸 모식도로서, 이하 도 3을 참조하여 실시예 1의 제조과정을 설명하도록 한다.Figure 3 is a schematic diagram schematically showing the manufacturing process of Example 1 of the present invention. The manufacturing process of Example 1 will be described below with reference to Figure 3.

합금 금속 혼합물alloy metal mixture

티타늄 50.89 중량%, 지르코늄 28.04 중량%, 니오붐 15.81 중량% 및 주석 5.26 중량%를(Ti:Zr:Nb:Sn=66:20:11:3 원자비) 글러브 박스에 투입하고, 불활성 분위가 하에 볼 없이 100 rpm에서 4 시간 동안 볼밀링하는 텀블링을 통해 혼합하여 합금 금속 혼합물을 제조하였다.50.89% by weight of titanium, 28.04% by weight of zirconium, 15.81% by weight of niobium, and 5.26% by weight of tin (Ti:Zr:Nb:Sn=66:20:11:3 atomic ratio) were placed in a glove box, and the ball was placed under an inert atmosphere. An alloy metal mixture was prepared by mixing through tumbling and ball milling at 100 rpm for 4 hours.

PVP-합금 금속 혼합물PVP-alloy metal mixture

에탄올 200 mL에 폴리비닐피롤리돈(PVP, K 90) 12 mg을 혼합하여 PVP 용액(0.06 mg/mL)을 준비한 후 아르곤 기체 분위가 하에서 2 시간 동안 탈기(degassed)하였다. 그 다음 불활성 분위기 하에서 상기 합금 급속 혼합물 60 mg(100 중량부)과 상기 PVP 용액(PVP 20 중량부)을 혼합하고 3 시간 동안 교반하여 혼합물을 제조하였다. 그 다음 불활성(아르곤) 분위기 하에 상기 혼합물을 60 ℃에서 6 시간 동안 건조한 후 분쇄(motor and pestle 이용)하였다. A PVP solution (0.06 mg/mL) was prepared by mixing 12 mg of polyvinylpyrrolidone (PVP, K 90) in 200 mL of ethanol and then degassed for 2 hours under an argon gas atmosphere. Next, 60 mg (100 parts by weight) of the rapid alloy mixture and the PVP solution (20 parts by weight of PVP) were mixed under an inert atmosphere and stirred for 3 hours to prepare a mixture. The mixture was then dried at 60°C for 6 hours under an inert (argon) atmosphere and then pulverized (using a motor and pestle).

탈바인딩Debinding

도 4는 본 발명의 실시예 1에서 바인더 제거에 사용된 탈바인딩 장치를 개략적으로 나타낸 모식도이다. Figure 4 is a schematic diagram schematically showing the debinding device used to remove the binder in Example 1 of the present invention.

상기 건조된 혼합물을 상기 도 4에 나타낸 탈바인딩 장치를 이용하여 불활성 분위기(Ar) 기체 하에서 0.5 ℃/min의 승온 속도로 600 ℃까지 온도를 올린 후 1 시간 동안 유지하여 열적 탈 바인딩을 수행하였다.The dried mixture was heated to 600°C at a temperature increase rate of 0.5°C/min under an inert atmosphere (Ar) gas using the debinding device shown in FIG. 4 and maintained for 1 hour to perform thermal debinding.

실시예 2Example 2

상기 실시예 1과 동일하게 수행하되, 상기 합금 금속 혼합물을 불활성 분위기(Ar) 기체 하에서 0.5 ℃/min의 승온 속도로 1000 ℃까지 온도를 올린 후 1 시간 동안 유지하여 열적 탈 바인딩을 수행하였다.The same procedure as in Example 1 was performed, except that the alloy metal mixture was heated to 1000°C at a rate of 0.5°C/min under an inert atmosphere (Ar) gas and then maintained for 1 hour to perform thermal debinding.

실험예 1. 유동성 측정 결과Experimental Example 1. Liquidity measurement results

금속 분말 입자에 대한 바인더의 결합 효능을 확인하기 위해 제조예 1-1 내지 제조예 1-4 및 비교제조예 1의 합금 금속 혼합물에 대해서 티슈페이퍼 및 유량계 JIS-Z-2502를 사용하여 유동성 시험을 수행하여 그 결과를 도 5에 나타내었다.To confirm the binding efficacy of the binder to the metal powder particles, a fluidity test was performed on the alloy metal mixtures of Preparation Examples 1-1 to 1-4 and Comparative Preparation Example 1 using tissue paper and a flow meter JIS-Z-2502. This was performed and the results are shown in Figure 5.

도 5는 본 발명의 제조예 1-1 내지 제조예 1-4의 PVP-합금 금속 혼합물 및 비교제조예 1의 합금 금속 혼합물의 (a) 광학현미경 이미지, (b) 티슈페이퍼를 통한 유동성 측정 사진이미지, (c,d) 유동성 측정 결과를 나타낸 것이다.Figure 5 is (a) an optical microscope image of the PVP-alloy metal mixture of Preparation Examples 1-1 to 1-4 of the present invention and the alloy metal mixture of Comparative Preparation Example 1, (b) a photo of the fluidity measurement through tissue paper. Images (c,d) show the results of fluidity measurement.

상기 도 5(a)를 참조하면, 바인더를 투입하지 않았을 때보다 바인더를 투입하였을 때 입자의 크기가 더 증가하였으며, 입자의 크기는 농도가 증가할수록 증가함을 알 수 있다.Referring to FIG. 5(a), it can be seen that the particle size increased more when the binder was added than when the binder was not added, and the particle size increased as the concentration increased.

상기 도 5(b)를 참조하면, 바인더를 투입하였을 때 티슈페이퍼 표면에 남아있는 금속 분진이 감소하는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 5(b), it can be seen that the metal dust remaining on the surface of the tissue paper decreases when the binder is added.

상기 도 5(c)를 참조하면, 바인더가 투입되지 않은 비교제조예 1에 비하여 바인더가 투입된 제조예 1-1 내지 1-3은 유속이 크게 변화하지 않고 자유롭게 유동할 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 5(c), it can be seen that compared to Comparative Preparation Example 1 in which the binder was not added, Preparation Examples 1-1 to 1-3 in which the binder was added could flow freely without significant change in flow rate.

상기 도 5(d)를 참조하면, 제조예 1-4에서 제조예 1-2에 비해 유속이 증가하는 것을 통해, 사용되는 고분자 바인더(PVP)의 분자량이 작아질수록 유속이 증가하고 유동성이 저하되는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 5(d), the flow rate increases in Preparation Example 1-4 compared to Preparation Example 1-2. As the molecular weight of the polymer binder (PVP) used decreases, the flow rate increases and fluidity decreases. You can see that it happens.

실험예 2. 형태학적 분석Experimental Example 2. Morphological analysis

PVP의 결합 효능을 알아보기 위해 바인더가 첨가된 합금 금속 혼합물의 형태를 디지털 광학현미경(DIM-03, Alfa Mirage Co., Ltd., Japan) 및 주사전자현미경(SEM)(Thermo Fisher Scientific, Apero 2S)을 이용하여 확인하여 도 6에 나타내었다.To investigate the binding efficacy of PVP, the morphology of the binder-added alloy metal mixture was examined by digital optical microscopy (DIM-03, Alfa Mirage Co., Ltd., Japan) and scanning electron microscopy (SEM) (Thermo Fisher Scientific, Apero 2S). ) was confirmed using and is shown in Figure 6.

도 6은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 PVP-합금 금속 혼합물의 주사전자현미경(SEM) 및 에너지 분산 X선 분광(EDS) 이미지를 나타낸 것이다. 상기 도 6의 EDS 분석결과 및 컬러 맵핑 이미지를 참조하면, 모든 합금 원소를 포함하는 단일 입자의 형성을 확인할 수 있다. 티타늄, 지르코늄, 니오붐 및 주석은 주기율표에서 서로 다른 족 및 주기에 속하므로 이들을 포함하는 단일 입자 합금 금속은 특성 변화를 나타낼 것을 예상할 수 있다. 또한, PVP-금속의 상호작용은 금속 종류에 따라 다르며 금속의 밀도도 서로 다르기 때문에 PVP를 통해 바인딩된 다른 합금 금속은 다양한 상을 형성할 수 있다. 또한, 합금의 일부 부분(도 6(b))은 조성에 약간의 편차가 생겼으며, 일부 부분(도 6(c))은 조성이 동일하는 등 합금의 부위에 따라 약간의 조성 차이가 있었다. 이러한 현상은 다양한 금속의 밀도와 PVP 간의 상호작용 정도가 다름에 기인한 것이고, 작은 크기의 합금 금속이 상대적으로 큰 크기의 금속(예를 들어, 티타늄)을 덮어, EDS 분석 시 이러한 큰 금속을 가림으로써 나타난 결과일 수 있다. 또한, EDS 분석 이미지를 통해 C-스펙트럼이 연속적으로 존재함을 알 수 있었으며, 이를 통해 합금 금속 표면이 PVP 바인더로 잘 코팅되어 있음을 확인하였다.Figure 6 shows scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) images of the PVP-alloy metal mixture prepared in Example 1 of the present invention. Referring to the EDS analysis results and color mapping image of FIG. 6, the formation of a single particle containing all alloy elements can be confirmed. Titanium, zirconium, niobium, and tin belong to different groups and periods of the periodic table, so single particle alloy metals containing them can be expected to exhibit changes in properties. In addition, since the PVP-metal interaction varies depending on the type of metal and the density of the metal is also different, different alloy metals bound through PVP can form various phases. In addition, some parts of the alloy (Figure 6(b)) had slight differences in composition, and some parts (Figure 6(c)) had the same composition, and there were slight differences in composition depending on the part of the alloy. This phenomenon is due to the difference in the density of various metals and the degree of interaction between PVP, and the small size of alloy metals covers relatively large size metals (e.g. titanium), obscuring these larger metals during EDS analysis. This may be the result. In addition, the EDS analysis image showed that the C-spectrum existed continuously, confirming that the alloy metal surface was well coated with the PVP binder.

SEM 이미지 및 EDS 분석 결과를 통해 얻은 PVP 결합 합금의 합금 금속 조성비와 합금 제조시 예상하였던 합금 금속 조성비를 도 7에 나타내었다.The alloy metal composition ratio of the PVP bonded alloy obtained through SEM images and EDS analysis results and the alloy metal composition ratio expected when manufacturing the alloy are shown in Figure 7.

도 7은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 PVP-합금 금속 혼합물의 EDS 분석 결과를 통한 실제 합금 조성비 및 예상된 합금 조성비를 나타낸 그래프이다. 상기 도 7을 참조하면, 예상되었던 합금 금속 조성비에 비하여 니오붐 및 주석은 유사한 수준으로 유지되었으나, 지르코늄의 함량은 증가하고 티타늄의 함량은 감소한 것을 알 수 있다. Figure 7 is a graph showing the actual alloy composition ratio and the expected alloy composition ratio based on EDS analysis results of the PVP-alloy metal mixture prepared in Example 1 of the present invention. Referring to FIG. 7, it can be seen that compared to the expected alloy metal composition ratio, niobium and tin were maintained at similar levels, but the content of zirconium increased and the content of titanium decreased.

실험예 3. 열적 특성 분석Experimental Example 3. Thermal property analysis

탈바인딩 온도 고려를 위하여 상기 실시예에서 사용된 바인더(PVP, K 90)의 열적 특성을 DSC(시차주사열량계, Differential Scanning calorimetry, DSC Q20, TA Instruments)와 열중량 분석계(TGA)((Q500, TA Instruments Co., Ltd)으로 조사하여 도 8에 나타내었다.In order to consider the debinding temperature, the thermal properties of the binder (PVP, K 90) used in the above example were measured using DSC (differential scanning calorimetry, DSC Q20, TA Instruments) and thermogravimetric analysis (TGA) ((Q500, TA Instruments Co., Ltd) and shown in Figure 8.

도 8은 PVP(K 90)의 열 중량 분석(TGA) 및 시차 주사 열량 분석(DSC) 결과를 나타낸 것이다. 상기 도 8을 참조하면, PVP가 500 ℃에서 열처리되기 전에 분해되는 것을 알 수 있다.Figure 8 shows thermogravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC) results of PVP (K 90). Referring to FIG. 8, it can be seen that PVP decomposes before heat treatment at 500°C.

도 9는 본 발명의 실시예 1의 600 ℃에서 고분자 바인더 제거 이후 주사전자현미경(SEM) 이미지를 나타낸 것이다.Figure 9 shows a scanning electron microscope (SEM) image after removal of the polymer binder at 600°C in Example 1 of the present invention.

금속이 바인더와 반응하는 온도 이전에 바인더가 쉽게 탈 바인딩되는 것은 바인더의 필수적인 특성 중 하나이다. 티타늄의 산화 및 질화 시작온도는 각각 ~ 680 ℃ 및 ~850 ℃인 것으로 보고되었으며, PVP 바인더는 산소 및 질소를 포함하여, 이에 의하여 티타늄의 산화 또는 질화가 발생되면 합금 내 불순물이 축적되어 합금의 특성을 저하시킬 수 있다.One of the essential properties of a binder is that the binder easily debinds before the temperature at which the metal reacts with the binder. The starting temperatures for oxidation and nitridation of titanium are reported to be ~680 ℃ and ~850 ℃, respectively. PVP binder contains oxygen and nitrogen, so when oxidation or nitridation of titanium occurs, impurities in the alloy accumulate and the properties of the alloy deteriorate. can deteriorate.

도 9(b)에서 미량의 잔류 바인더와 함께 지르코늄 및 니오붐이 식물 뿌리의 형태로 존재하는 것을 알 수 있었으며, 이는 아마 내부(inter) 또는 상호간(intra) 확산이 동시적으로 일어남에서 기인한 것이다. 이전 보고에 의하면 약 600 ℃의 높은 온도에서 상호(inter) 또는 내부(intra) 확산이 발생하는 것으로 알려져 있으나, 상기 실시예 1의 합금 금속 혼합물은 두 합금 원소 계면에 존재하는 많은 양의 고분자 바인더에 의하여 확산이 방해되는 것으로 나타났다. 확산 공정은 합금 형성 이전의 단계로서, 금속의 종류에 따라 자기(self) 및 상호(inter) 확산의 과정은 다르기 때문에 최종적으로 제조된 합금 원소의 조성이 예상한 조성에 비하여 변경될 수 있다.In Figure 9(b), it can be seen that zirconium and niobium, along with trace amounts of residual binder, exist in the form of plant roots, which is probably due to simultaneous inter- or intra-diffusion. . According to previous reports, it is known that inter- or intra-diffusion occurs at a high temperature of about 600°C, but the alloy metal mixture of Example 1 contains a large amount of polymer binder present at the interface of the two alloy elements. It was found that the spread was hindered by this. The diffusion process is a step before alloy formation, and since the self- and inter-diffusion processes are different depending on the type of metal, the composition of the final alloy element produced may change compared to the expected composition.

도 9(b-c)의 EDS 분석을 참조하면, 금속 중 특히 티타늄과 지르코늄의 농도가 예상된 합금 조성비에 비하여 달라진 것을 알 수 있다. 반면에, c-content는 감소한 것으로 나타났다. 보다 구체적으로, 상기 도 6에 나타낸 바와 같은 연속적인 탄소질층(c-chain)은 관찰되지 않았으며, 오히려 탄소가 입자와 같은 형태로 존재하는 것을 알 수 있다. 상기 도 8을 참조하면, 500 ℃ 이전에서 고분자가 분해될 것이 예상되었지만, 탄소 입자의 형성과 탄소입자 및 금속 간의 강한 상호작용으로 c-content가 존재하였다. 이 경우, 전이금속의 촉매 효과(catalytic effect)가 금속과 강한 상호작용을 나타내는 기능성(functional) c-입자의 형성에 기여하였을 것이다. Referring to the EDS analysis of Figures 9(b-c), it can be seen that the concentrations of metals, especially titanium and zirconium, are different compared to the expected alloy composition ratio. On the other hand, c-content appeared to be decreased. More specifically, a continuous carbonaceous layer (c-chain) as shown in FIG. 6 was not observed, and rather, it can be seen that carbon exists in a particle-like form. Referring to FIG. 8, it was expected that the polymer would decompose before 500°C, but c-content existed due to the formation of carbon particles and strong interaction between the carbon particles and the metal. In this case, the catalytic effect of the transition metal may have contributed to the formation of functional c-particles that exhibit strong interaction with the metal.

도 10은 본 발명의 실시예 2의 1000 ℃에서 고분자 바인더 제거 이후 주사전자현미경(SEM) 이미지를 나타낸 것이다. 상기 도 10을 참조하면, 1000 ℃에서 탈 바인딩된 합금의 조성비는 600 ℃에서 탈 바인딩된 합금 및 PVP-합금 금속 혼합물에 비하여 달라졌으며, 탄소 함량이 더욱 감소되었다. 이는 합금 구성요소의 확산 특성 및 상 거동(phase behavior)이 각기 다르기 때문이다. 목(neck) 형성은 온도가 더 증가하면, 합금 구성요소가 소결되어 최종 티타늄 합금을 형성할 것을 나타낸다. 바인더 제거 온도에 따른 정확한 탄소의 함량은 도 11에 나타내었다.Figure 10 shows a scanning electron microscope (SEM) image after removal of the polymer binder at 1000°C in Example 2 of the present invention. Referring to FIG. 10, the composition ratio of the alloy debound at 1000°C was different compared to the alloy debound at 600°C and the PVP-alloy metal mixture, and the carbon content was further reduced. This is because the diffusion characteristics and phase behavior of the alloy components are different. Neck formation indicates that as the temperature increases further, the alloy components will sinter to form the final titanium alloy. The exact carbon content according to binder removal temperature is shown in Figure 11.

실험예 4. XRD 분석Experimental Example 4. XRD analysis

PVP 결합 후 원소 상태에서 금속 분말의 안정성과 탈결합 후 변화를 확인하기 위해 CuKα 방사선 소스에서 X선 회절계(XRD, Bruker D2 프레이저)를 사용하여 X선 회절(XRD) 분석을 수행하였다.To confirm the stability of the metal powder in the elemental state after PVP bonding and the changes after debonding, X-ray diffraction (XRD) analysis was performed using an X-ray diffractometer (XRD, Bruker D2 Fraser) at a CuKα radiation source.

도 12는 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 2의 PVP-합금 금속 혼합물 제조 30 일 이후 X선 회절 분석(XRD) 결과를 나타낸 것이다.Figure 12 shows the results of X-ray diffraction analysis (XRD) after 30 days of preparing the PVP-alloy metal mixture of Examples 1 to 2 of the present invention.

상기 도 12를 참조하면, 반응성이 높은 티타늄 및 지르코늄을 포함하는 합금 구성요소가 PVP에 의해 바인딩 되고 30일이 지난 후에도 원소 상태가 안정한 것을 통해 PVP가 합금 금속을 원소 상태로 안정화함을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 12, the alloy components containing highly reactive titanium and zirconium are bound by PVP and the elemental state is stable even after 30 days, confirming that PVP stabilizes the alloy metal in the elemental state. .

Claims (15)

(ⅰ) 티타늄, 니오븀, 주석 및 지르코늄을 혼합하여 합금 금속 혼합물을 제조하는 단계;
(ⅱ) 용매에 고분자 바인더인 폴리비닐피롤리돈(PVP)을 용해시켜 고분자 바인더 용액을 제조하는 단계;
(ⅲ) 상기 합금 금속 혼합물과 상기 고분자 바인더 용액을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계;
(ⅳ) 상기 혼합물을 건조하는 단계; 및
(ⅴ) 상기 혼합물에서 상기 고분자 바인더를 제거하는 단계;를 포함하고,
상기 고분자 바인더는 K 값이 15 내지 100인 폴리비닐피롤리돈이고,
상기 건조는 30 내지 100 ℃에서 1 내지 12 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 티타늄 합금의 제조방법.
(i) mixing titanium, niobium, tin and zirconium to prepare an alloy metal mixture;
(ii) preparing a polymer binder solution by dissolving polyvinylpyrrolidone (PVP), a polymer binder, in a solvent;
(iii) preparing a mixture by mixing the alloy metal mixture and the polymer binder solution;
(iv) drying the mixture; and
(v) removing the polymer binder from the mixture,
The polymer binder is polyvinylpyrrolidone with a K value of 15 to 100,
A method of producing a titanium alloy, characterized in that the drying is performed at 30 to 100 ° C. for 1 to 12 hours.
제1항에 있어서, 상기 합금 금속 혼합물은, 티타늄 40 내지 83 중량%, 니오븀 5 내지 20 중량% 및 주석 2 내지 10 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 티타늄 합금의 제조방법.The method of producing a titanium alloy according to claim 1, wherein the alloy metal mixture includes 40 to 83% by weight of titanium, 5 to 20% by weight of niobium, and 2 to 10% by weight of tin. 제2항에 있어서, 상기 합금 금속 혼합물은 지르코늄 10 내지 40 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 티타늄 합금의 제조방법. The method of producing a titanium alloy according to claim 2, wherein the alloy metal mixture further contains 10 to 40% by weight of zirconium. 제1항에 있어서, 상기 합금 금속 혼합물은 티타늄 47 내지 55 중량%, 지르코늄 25 내지 30 중량%, 니오븀 14 내지 16 중량% 및 주석 4.5 내지 6 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 티타늄 합금의 제조방법.The method of claim 1, wherein the alloy metal mixture includes 47 to 55% by weight of titanium, 25 to 30% by weight of zirconium, 14 to 16% by weight of niobium, and 4.5 to 6% by weight of tin. . 제1항에 있어서, 상기 용매는 물, 에탄올, 메탄올, 프로판올 및 부탄올 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 티타늄 합금의 제조방법. The method of claim 1, wherein the solvent is one or more of water, ethanol, methanol, propanol, and butanol. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 고분자 바인더 용액은 상기 고분자 바인더를 0.01 내지 65 mg/mL로 포함하는 것을 특징으로 하는 티타늄 합금의 제조방법. The method of claim 1, wherein the polymer binder solution contains 0.01 to 65 mg/mL of the polymer binder. 제1항에 있어서, 상기 (ⅲ) 단계에서 상기 금속 혼합물 100 중량부에 대하여 상기 고분자 바인더는 0.1 내지 30 중량부로 혼합되는 것을 특징으로 하는 티타늄 합금의 제조방법. The method of claim 1, wherein in step (iii), the polymer binder is mixed in an amount of 0.1 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the metal mixture. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 (ⅴ) 단계는 상기 혼합물을 극성용매에 용해시켜 수행되는 것을 특징으로 하는 티타늄 합금의 제조방법. The method of claim 1, wherein step (v) is performed by dissolving the mixture in a polar solvent. 제1항에 있어서, 상기 (ⅴ) 단계는 상기 혼합물을 500 내지 1300 ℃ 온도로 승온시켜 0.5 내지 10 시간 동안 유지시켜 수행되는 것을 특징으로 하는 티타늄 합금의 제조방법. The method of claim 1, wherein step (v) is performed by heating the mixture to a temperature of 500 to 1300° C. and maintaining it for 0.5 to 10 hours. 제1항에 있어서, 상기 (ⅰ) 내지 (ⅴ) 단계는 불활성 분위기 하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 티타늄 합금의 제조방법. The method of claim 1, wherein steps (i) to (v) are performed under an inert atmosphere. 제1항에 있어서,
상기 합금 금속 혼합물은 티타늄 47 내지 55 중량%, 지르코늄 25 내지 30 중량%, 니오븀 14 내지 16 중량% 및 주석 4.5 내지 6 중량%를 포함하는 것이고,
상기 용매는 에탄올이고,
상기 고분자 바인더는 K 값이 50 내지 95인 폴리비닐피롤리돈(PVP)이고,
상기 고분자 바인더 용액은 상기 고분자 바인더를 0.03 내지 10 mg/mL 농도로 포함하는 것이고,
상기 (ⅲ) 단계는 상기 금속 혼합물 100 중량부에 대하여 상기 고분자 바인더가 10 내지 22 중량부가 되도록 상기 합금 금속 혼합물과 상기 고분자 바인더 용액을 혼합시키는 것이고,
상기 건조는 50 내지 80 ℃에서 4 내지 7 시간 동안 수행되는 것이고,
상기 (ⅴ) 단계는 상기 혼합물을 800 내지 1100 ℃ 온도로 승온시켜 0.8 내지 6 시간 동안 유지시켜 수행되는 것이고,
상기 (ⅰ) 내지 (ⅴ) 단계는 불활성 분위기 하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 티타늄 합금의 제조방법.
According to paragraph 1,
The alloy metal mixture includes 47 to 55% by weight of titanium, 25 to 30% by weight of zirconium, 14 to 16% by weight of niobium, and 4.5 to 6% by weight of tin,
The solvent is ethanol,
The polymer binder is polyvinylpyrrolidone (PVP) with a K value of 50 to 95,
The polymer binder solution contains the polymer binder at a concentration of 0.03 to 10 mg/mL,
Step (iii) is mixing the alloy metal mixture and the polymer binder solution so that the polymer binder is 10 to 22 parts by weight based on 100 parts by weight of the metal mixture,
The drying is carried out at 50 to 80 ° C. for 4 to 7 hours,
Step (v) is performed by raising the temperature of the mixture to 800 to 1100 ° C and maintaining it for 0.8 to 6 hours,
A method for producing a titanium alloy, characterized in that steps (i) to (v) are performed under an inert atmosphere.
제1항 내지 제5항, 제7항 내지 제8항 및 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따라 제조된 티타늄 합금.A titanium alloy prepared according to any one of claims 1 to 5, 7 to 8, and 10 to 13. 제14항의 티타늄 합금을 금속 분말 사출(MIM) 성형, 3D 프린팅 및 분말 야금(P/M) 중 어느 하나 이상의 방법으로 가공하여 제조되는 티타늄 합금 가공품.A titanium alloy processed product manufactured by processing the titanium alloy of claim 14 by any one or more of metal powder injection (MIM) molding, 3D printing, and powder metallurgy (P/M).
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