KR20000024552A

KR20000024552A - 텅스텐산화물의 열처리에 의한 특성 개선방법

Info

Publication number: KR20000024552A
Application number: KR1020000008139A
Authority: KR
Inventors: 박영효; 이태진
Original assignee: 박영효; 이태진
Priority date: 2000-02-21
Filing date: 2000-02-21
Publication date: 2000-05-06

Abstract

본 발명은 텅스텐산화물을 개선된 방법으로 열처리함으로써 초경합금에 있어서 고온 안정성을 향상시키고 비정상 성장입자의 발생을 억제할 수 있도록 하려는 것이다.

본 발명은 텅스텐산화물(WO₃)을 대기 중에서 약 900℃이상으로 열처리하는 것과 또 Na를 적당량 Doping하여 열처리를 함으로써 Tungsten Carbide(WC) 분말 제조시 조대입자를 없애고 입도를 균일하게 함과 동시에 최종제품인 초경합금 소결체 제조시 고온 안정성 향상으로 합금조직상 비정상적 성장입자의 발생을 억제할 수 있는 텅스텐 산화물 원료제조 방법에 관한 기술이다.

Description

텅스텐산화물의 열처리에 의한 특성 개선방법{A reform measure fo property by heat treatment of tungsten oxide}

통상의 텅스텐산화물(WO3, Tungsten Oxide) 분말의 제조방법은 대기중에서 Tungstic Acid(H₂WO₄)혹은 APT(Ammo nium Para Tungstate)를 600∼900℃의 온도로 하소(Calcination)하여 제조한다. 이렇게 제조된 텅스텐산화물을 수소분위기중 700∼1100℃의 온도에서 환원하여 금속텅스텐 분말을 제조하게 되는 것이다.

그러나 이렇게 제조된 금속텅스텐 분말은 평균입도보다 큰 크기의 조대입자가 존재하고 이러한 조대입자는 후공정인 탄화텅스텐(Tungsten Carbide, WC) 분말 제조시에도 그대로 남게 되어 WC 분말의 입도분포를 넓히게 되는 문제가 있다. 또한, WC 상태에서의 조대입자는 초경합금(Cemented Tungsten Carbide, CTC)에서 그 물성에 악영향을 미치게 된다. 즉, 합금조직중에 비정상 성장입자가 발생하여 그 기계적 성질을 떨어뜨리게 되는 것이다.

이러한 조대입자는 텅스텐산화물 상태에서 소위 텅스텐브론즈(Tungsten Bronze)라 불리우는 표면이 매끄럽고 딱딱한 형상의 조대입자에 기인하는데, 이것은 이미 등록된 특허 제089051호의 방법에 의해 해결한 바 있다.

그러나 WC분말을 사용하여 초경합금을 제조하였을 때, 합금 조직상의 비정상 입자성장은 근본적으로 WC분말 특성에 기인하기 때문에, 본 발명에서는 텅스텐산화물 상태에서 열처리 혹은 Na Doping과 열처리를 병행하여 그 특성을 개선하므로써 분말상태의 조대입자 제거와 WC입자의 균일화를 동시에 이루고자 하는 것이며, 그에 따라 초경합금에 있어서 고온안정성이 향상시키고 비정상 성장입자의 발생을 억제시킴을 목적으로 하는 것이다.

도 1은 하소후 텅스텐산화물의 상태를 보여주는 SEM 사진

도 2는 텅스텐산화물의 열처리 후 상태를 보여주는 SEM 사진

도 3은 텅스텐 산화물의 Na Doping + 열처리 후 상태를 보여주는 SEM 사진

본 발명은 텅스텐산화물을 대기중 900∼1200℃에서 45∼90min 유지한 후, 냉각시키는 방법(Roasting)으로써, 하소만 행하여 제조한 텅스텐산화물에 존재하는 텅스텐브론즈를 완전히 제거할 수 있었고, 이는 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM) 관찰로 확인할 수 있었다. 도 1과 같은 하소만 행한 텅스텐산화물의 표면과 도 2의 하소후 Roasting을 행한 텅스텐산화물의 표면은 확연한 차이가 있다.

같은 효과를 얻기 위하여 Na를 50∼400ppm Doping하고 대기중 800∼1000℃에서 45∼90min 유지한 후, 냉각시키는 방법으로도 텅스텐브론즈를 완전히 제거할 수 있었으며, 도 3과 같이 텅스텐산화물의 표면도 도 2와 같은 양상을 나타내었으므로 Na Doping을 할 경우 열처리 온도를 100℃이상 낮출 수 있었다.

실시예 1.

① Tungstic Acid 혹은 APT를 하소하여 제조된 텅스텐산화물 1kg을 준비한다.

② 통상의 방법과 같이, 수소분위기중 환원을 행하여 제조된 금속텅스텐분말에 탄소를 첨가하여 수소분위기중 탄화하여 평균크기 0.8㎛의 WC 분말을 제조한다.

③ ②의 방법으로 제조된 WC분말을 WC-10%Co-0.25%VC의 조성으로 혼합한다.

④ ③의 방법으로 혼합된 WC-10%Co-0.25%VC조성의 혼합분말을 성형하여, 진공중 1400℃에서 60분동안 소결한다.

⑤ 이러한 방법으로 제조된 초경합금시편의 100㎛×100㎛ 넓이 10개를 광학현미경으로 관찰한 결과, 조직중에 3∼5㎛ 크기의 성장입자 6개, 5∼10㎛ 이상 크기의 성장입자 2개가 발견되었다.

실시예 2.

① Tungstic Acid 혹은 APT를 하소하여 제조된 텅스텐산화물 1kg을 내화물용기(Alumina Crusible)에 넣어, 대기중 1100℃에서 45분 동안 유지시키고 냉각하는 방법으로 처리를 행한다.

② 통상의 방법과 같이, 수소분위기 중 환원을 행하여 제조된 금속텅스텐 분말에 탄소를 첨가하여 수소분위기중 탄화하여 평균크기 0.8㎛의 WC분말을 제조한다.

④ ③의 방법으로 혼합된 WC분말을 WC-10%Co-0.25%VC조성의 혼합분말을 성형하여, 진공중 1400℃에서 60분동안 소결한다.

⑤ 이러한 방법으로 제조된 초경합금시편의 100㎛×100㎛ 넓이 10개를 광학현미경으로 관찰한 결과, 조직중에 3∼5㎛ 크기의 성장입자 1개가 발견되었고, 5∼10㎛ 이상 크기의 성장입자는 발견되지 않았다.

실시예 3.

② 통상의 방법과 같이, 수소분위기 중 환원을 행하여 제조된 금속텅스텐 분말에 탄소를 첨가하여 수소분위기중 탄화하여 평균크기 0.5㎛의 WC분말을 제조한다.

③ ②의 방법으로 제조된 WC분말을 WC-9%Co-1%Cr₃C₂-0.5%VC의 조성으로 혼합한다.

④ ③의 방법으로 혼합된 WC분말을 WC-9%Co-1%Cr₃C₂-0.5%VC조성의 혼합분말을 성형하여, 진공중 1420℃에서 90분동안 소결한다.

⑤ 이러한 방법으로 제조된 초경합금시편의 100㎛×100㎛ 넓이 10개를 광학현미경으로 관찰한 결과, 조직중에 3∼5㎛ 크기의 성장입자 17개, 5∼10㎛ 이상 크기의 성장입자 5개가 발견되었다.

실시예 4.

① Tungstic Acid 혹은 APT를 하소하여 제조된 텅스텐산화물 1.5kg을 내화물용기(Alumina Crusible)에 담아, Na의 양이 100ppm이 되도록 NaOH를 수용액 상태로 첨가한다.

② ①의 Na가 100ppm Doping된 텅스텐산화물을 대기중 950℃에서 45분 동안 유지시키고 냉각하는 방법으로 처리를 행한다.

③ ②의 방법으로 처리된 텅스텐산화물을 통상의 방법과 같이, 수소분위기중 환원을 행하여 제조된 금속텅스텐 분말에 탄소를 첨가하여 수소분위기중 탄화하여 평균크기 0.5㎛의 WC분말을 제조한다.

④ ③의 방법으로 제조된 WC분말을 WC-9%Co-1%Cr₃C₂-0.5%VC조성으로 혼합한다.

⑤ ④의 방법으로 혼합된 WC-9%Co-1%Cr₃C₂-0.5%VC 조성의 혼합분말을 성형하여, 진공중 1420℃에서 90분동안 소결한다.

⑥ 이러한 방법으로 제조된 초경합금시편의 100㎛×100㎛ 넓이 10개를 광학현미경으로 관찰한 결과, 조직중에 3∼5㎛ 크기의 성장입자 6개가 발견되었고, 5∼10㎛ 이상 크기의 성장입자는 발견되지 않았다.

실시예 5.

① Tungstic Acid 혹은 APT를 하소하여 제조된 텅스텐산화물 1kg을 내화물 용기에 담아, Na의 양이 50ppm이 되도록 NaOH를 수용액 상태로 첨가한다.

② ①의 Na가 50ppm Doping된 텅스텐산화물을 대기중 850℃에서 60분 동안 유지시키고 냉각하는 방법으로 처리를 행한다.

③ ②의 방법으로 처리된 텅스텐산화물을 통상의 방법과 같이 수소분위기중 환원을 행하여 제조된 금속텅스텐 분말에 탄소를 첨가하여 수소분위기중 탄화하여 평균크기 0.5㎛의 WC분말을 제조한다.

④ ③의 방법으로 제조된 WC분말을 WC-9%Co-1%Cr₃C₂-0.5%VC의 조성으로 혼합한다.

⑤ ④의 방법으로 혼합된 WC-9%Co-1%Cr₃C₂-0.5%VC조성의 혼합분말을 성형하여, 진공중 1450℃에서 60분동안 소결한다.

⑥ 이러한 방법으로 제조된 초경합금시편의 100㎛×100㎛넓이 10개를 광학현미경으로 관찰한 결과, 조직중에 3∼5㎛ 크기의 성장입자 7개, 5∼10㎛ 크기의 성장입자 1개가 발견되었다.

실시예 6.

① Tungstic Acid 혹은 APT를 하소하여 제조된 텅스텐산화물 6kg을 내화물 용기에 담아, Na의 양이 400ppm이 되도록 NaOH를 수용액 상태로 첨가한다.

② ①의 Na가 400ppm Doping된 텅스텐산화물을 대기중 800℃에서 90분 동안 유지시키고 냉각하는 방법으로 처리를 행한다.

⑤ ④의 방법으로 혼합된 WC-9%Co-1%Cr₃C₂-0.5%VC조성의 혼합분말을 성형하여, 진공중 1400℃에서 60분동안 소결한다.

⑥ 이러한 방법으로 제조된 초경합금시편의 100㎛×100㎛넓이 10개를 광학현미경으로 관찰한 결과, 조직중에 3∼5㎛ 크기의 성장입자 4개가 발견되었고, 5∼10㎛이상 크기의 성장입자는 발견되지 않았다.

이상 설명한 바와 같은 본 고안은 텅스텐산화물 상태에서 열처리 혹은 Na Doping과 열처리를 병행하여 그 특성을 개선하므로써 분말상태의 조대입자 제거와 WC입자의 균일화를 동시에 이룰 수 있게된 것이며, 그에 따라 초경합금에 있어서 고온안정성이 향상시키고 비정상 성장입자의 발생을 억제시킬 수 있는 효과가 있는 유용한 발명인 것이다.

Claims

텅스텐산화물(WO₃)을 대기 중에서 열처리 혹은 Na Doping과 열처리를 병행하여 처리하므로써, Tungsten Carbide(WC) 분말 제조시 조대입자를 없애고 입도를 균일하게 제조하는 것을 특징으로 하는 텅스텐산화물의 열처리에 의한 특성 개선방법.
제 1항에 있어서,

열처리에 있어서 텅스텐산화물(WO₃)을 대기 중 최소 900℃ 이상에서 45∼90min 유지한 후 냉각시키는 것을 특징으로 하는 텅스텐산화물의 열처리에 의한 특성 개선방법.
제 1항에 있어서,

Na Doping과 열처리를 병행함에 있어서 텅스텐산화물(WO₃)에 NaOH수용액으로써 Na를 50∼400ppm Doping 하고 대기 중 최소 800℃이상에서 45∼90min 유지한 후 냉각시키는 것을 특징으로 하는 텅스텐산화물의 열처리에 의한 특성 개선방법.