KR20000049741A - 고압수분사법에 의한 비정질 금속분말의 제조방법. - Google Patents

고압수분사법에 의한 비정질 금속분말의 제조방법. Download PDF

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Abstract

본 발명은 고압의 수분사법에 의해 미세 금속분말의 제조방법에 관한 것으로 고압의 수분사장치를 활용하여 수분사노즐에서 고압으로 수분사가 되고 있는 영역에 금속용탕을 공급하여 용탕을 미분화 및 급냉응고시켜 비정질상의 금속분말을 제조하는 방법으로 비정질 금속분말의 수분사방법에 대해서는 수분사압력 300∼1,000kg/cm2, 분사각도 40∼7O °로 수분사하여 생성되는 비정질상의 금속분말을 제조하여 제조공정이 단순하면서 제조시간이 짧고 다양한 형상의 제품 제조가 가능한 비정질 금속분말 제조하는 특징이 있다.

Description

고압수분사법에 의한 비정질 금속분말의 제조방법.{Making process of amorphous metallic powder by high pressure water atomization}
본 발명은 철합금 등 각종의 금속용탕을 고속·고압의 수분사에 의해 용탕을 급냉응고시켜 비정질상의 금속분말을 제조하는 방법에 대한 것으로 비정질 금속분말의 용도는 자성재료, 기계구조용 재료 등의 광범위 분야에 사용되고 있는 것으로 종래의 기술은 비정질 금속합금은 결정합금에 비해 내식성, 내마모성, 강도, 자성 등의 점에서 뛰어난 특성을 나타내는 것으로 알려져 있고, 특히 연자성 비정질 합금은 결정합금에 비해 전기저항이 높아서 전자 또는 전자기기에 있어서 고주파용 각종 디바이스의 자성재료로서 사용되고 있다. 이러한 비정질 합금은 비정질 상태를 확보하기 위해 제조공정상 일부의 예외를 제외하고는 형상은 박막상, 박대상 및 세선상에 한정되어 있고, 분말상에 대한 상업적 적용실적은 없다.
비정질 금속분말에 대한 실험실적인 합성방법은 종래 기계적합금화법, 급냉응고법등이 제안되고 있다. 전자의 방법에서는 소정의 합금성분으로 혼합 혹은 합금분말을 아트라이터(Attritor), 볼밀(Ball Mill) 등의 분쇄장치를 이용하여 장시간 기계적 가공처리를 하여 비정질 합금분말을 제조하는 방식으로, 이 공정에서는 제조공정은 단순하지만 분쇄중 불순물이 상당히 혼입되는 것과 제조시간이 장시간이 소요된다는 단점을 지니고 있다. 후자의 방법에서는 급냉응고장치에 의해 제조된 비정질 박대를 박편상으로 짜른 후 분쇄장치를 활용하여 미세분말로 제조하는 방식으로, 비정질상의 박편에 대한 분쇄화가 매우 어렵고 또한 분쇄중 불순물이 상당히 혼입되는 단점을 지니고 있다.
본 발명은 제조공정이 단순하면서 제조시간이 짧고 다양한 형상의 품질의 제조가 가능한 비정질 금속분말을 제조하는 방법을 제공하는 것으로 소정의 금속조괴를 용해로에서 녹여 소정조성의 금속합금용탕을 제조한 다음 이를 비산화성분위기하에서 수노즐을 통하여 300∼1,000kg/cm2고압으로 수분사가 이루어지고 여기에 용탕을 떨어뜨려 미세분말로 분쇄 및 급냉응고시켜 비정질분말상으로 제조하여 물과 함께 튜브하부로 떨어지게 한 다음, 많은 구멍이 있는 버퍼를 통과하여 침전탱크로 이동시킨다. 포집탱크에서 비정질금속분말만을 포집하여 비산화성 분위기하에서 건조하는 것을 특징으로 하는 미세 비정질 금속분말의 제조방법을 제공한다.
종래의 일반적 수분사장치에서는 일반적인 100∼200㎛의 금속분말의 제조에 사용되고 있지만, 냉각속도가 1O3∼1O4K/초 정도밖에 되지 않음으로 인해 최소 1O5K/초 이상의 냉각속도가 요구되는 비정질상의 금속분말의 제조는 불가능하였다. 이를 해결하기 위한 방편으로 용액의 분사량 및 분사속도를 높인 고압의 수분사법을 비정질금속분말 제조에 적용하고자 하였다.
고압의 수분사법은 일반적으로 미세 금속결정분말을 제조하는 방법으로 알려져 있지만, 고압의 수분사법에 의한 비정질 금속분말의 제조는 지금까지 상용화되지 않았다. 유사방법으로 고속회전수류법에 의한 비정질분말의 제조특허가 제안되고 있지만(JAP92-17605) 이는 원통형의 선회냉각액층에 금속용탕을 분출시켜 제조하는 방법으로 이 방식에 의해서는 용탕의 분출과 냉각속도의 제어가 어려워서 연속적으로 분말의 제조가 어렵고, 또한 장치가 복잡하여 설비제조비용이 고가라는 단점을 지니고 있다.
본 방식은 종래의 수분사법의 장점을 최대한 활용하고 또한 냉각속도를 최대한 높이기 위해 장치를 최대한 조밀화하여 고압·고속으로 수분사한다는 점에서 차이가 있고, 고속회전수류법에 비해 장치가 간단하고 조작이 용이하다는 장점을 지니고 있다.
제 1도는 본 발명에 따라 사용된 장치의 개략도이다.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
① : 고압펌프 ② : 수분사 노즐
③ : 원통부 내주면 ④ : 분사도가니
⑤ : 금속용탕 ⑥ : 완충영역
⑦ : 버퍼
이하 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.
제 1도는 본 발명에 사용된 제조장치를 나타낸 것이다. 먼저 고압펌프(①)를 작동시켜 수분사장치의 수분사노즐(②)을 통하여 원통부 내주면(③)으로 물을 고압분사시킨다. 다음에 분사도가니(④)내의 소정온도에서 만들어진 금속용탕(⑤)을 고압·고속으로 수분사되고 있는 미세 수액적 영역으로 공급한다. 고압의 미세 수액적 영역으로 떨어진 용탕입자는 미세액적으로 분산 및 급냉응고되어 미세 비정질 금속분말이 제조된다.
금속분말은 냉각수와 더불어 낙하하여 냉각용기하부의 완충영역(⑥)으로 떨어지고 곧 버퍼(⑦)내의 구멍을 통하여 침전탱크로 이송, 여과되어 회수된다.
적정 비정질 금속분말이 형성되는 조건을 찾아보면 아래와 같다.
수분사압력은 금속용탕의 미세화 및 1O5K/초 이상의 냉각속도를 주기 위해 필수적으로 갖추어야 하는 것으로 300∼1,000 kg/cm2정도가 적정하다. 보다 바람직한 압력은 400∼700 kg/cm2이 적당하다. 300 kg/cm2이하면 충분한 냉각속도가 이루어지지 않고, 반면에 1,OOO kg/cm2이상이면 냉각수의 소모량의 과다 및 장치의 안정성 등의문제를 유발할 수 있다.
수분사노즐형상은 고압수의 균압화 및 분사촛점영역의 최소화 등의 관점에서 원추형 제트방식이 바람직하다.
수분사노즐의 직경은 유속 및 유압과 직접관련이 있는 것으로 적정 노즐내부직경은 0.2∼0.8mm가 적당하다.
수분사노즐에서의 분사각도는 30∼70 °가 적당하다. 30 °이하면 용탕입자의 미세화가 잘 이루어지 않고 또한 입자크기의 불균일성이 커진다. 한편 70 °이상이 되면 수분사시 물의 역류가 일어날 가능성이 커지게 된다.
노내의 분위기는 대기중에서도 가능하지만 용탕의 산화 및 수분사시 입자의 산화형성을 최소한으로 하기 위해 가급적 비산화성 분위기가 바람직하며, 적정 분위기 가스로서는 N2, Ar 등이 좋다.
이하 본 발명의 실시예를 기술한다.
＜실시예 1＞
Fe78Si9B13조성의 금속조괴를 용해로에서 녹여 금속용탕을 제조한 다음 이를 N2가스 분위기하에서 수분사 노즐을 통하여 유량 15O liter/분, 유압 440kg/cm2으로 수분사가 이루어지고 여기에 용탕을 떨어뜨려 미세분말로 분쇄 및 급냉응고시켜 금속분말이 제조되어 물과 함께 튜브하부로 떨어지며, 다음에 이들은 많은 구멍이 있는 버퍼를 통과하여 침전탱크에 포집된다. 포집탱크에서 금속분말만을 포집하여 진공건조로에서 70℃의 온도에서 10분간 건조처리하였다. 표 1에 제조한 금속분말의 품질특성을 나타내었다.
＜실시예 2＞
Co70Fe5Si15B10조성의 금속조괴를 용해로에서 녹여 금속용탕을 제조한 것 이외에는 실시예1과 동일조건으로 실시하였다. 표 1에 제조한 금속분말의 픔질특성을 나타내었다.
＜실시예 3＞
Fe78Al4B12Nb5Cu1조성의 금속조괴를 용해로에서 녹여 금속용탕을 제조한 것 이외에는 실시예1과 동일조건으로 실시하였다. 표 1에 제조한 금속분말의 품질특성을 나타내었다.
＜실시예 4＞
수분사 노즐을 통하여 유량 200 liter/분, 유압 690kg/cm2으로 수분사를 하는 것 이외에는 실시예 1과 동일조건으로 실시하였다. 표 1에 제조한 금속분말의 품질특성을 나타내었다.
＜실시예 5＞
수노즐 각도를 70°로 하는 것 이외에는 실시예 1과 동일조건으로 실시하였다. 표 1에 제조한 금속분말의 품질특성을 나타내었다.
＜실시예 6＞
수노즐 각도를 40°로 하는 것 이외에는 실시예 1과 동일조건으로 실시하였다. 표1에 제조한 금속분말의 품질특성을 나타내었다.
＜비교예 1＞
수분사 노즐을 통하여 유량 80 liter/분, 유압 190kg/cm2으로 수분사를 하는 것 이외에는 실시예 1과 동일조건으로 실시하였다. 표 1에 제조한 금속분말의 품질특성을 나타내었다.
＜비교예 2＞
수노즐에서의 분사각도를 30°로 하는 것 이외에는 실시예 1과 동일조건으로 실시하였다. 표 1에 제조한 금속분말의 품질특성을 나타내었다.
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은, 고압수분사법에 의한 비정질 금속분말의 제조하는 것으로 제조공정이 단순하면서 제조시간이 짧고 다양한 형상의 제품을 제조할 수 있는 것이다.

Claims (2)

  1. 고압의 수분사장치를 활용하여 수분사노즐에서 고압으로 수분사가 되고 있는 영역에 금속용탕을 공급하여 용탕을 미분화 및 급냉응고시켜 비정질상의 금속분말을 제조하는 방법
  2. 비정질 금속분말의 수분사방법에 대한 것으로 수분사압력 300∼1,000kg/cm2, 분사각도 40∼70 °로 수분사하여 생성되는 비정질상의 금속분말의 제조방법
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