KR20070112824A - 모합금을 포함하는 성형품, 및 이들의 제조 및 사용 방법 - Google Patents

모합금을 포함하는 성형품, 및 이들의 제조 및 사용 방법 Download PDF

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KR20070112824A
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Abstract

본 출원은 Ti02와 같은 모합금을 함유하는 펠릿과 같은 성형품을 첨가함으로써 용융물, 바람직하게는 티타늄 용융물을 산소와 합금시키는 것의 문제에 관계한다. 이 성형품은 용융물에 완전히 그리고 균일하게 분산되어야 하며, 용융물의 탄소 함량은 가능한 최대치 미만, 바람직하게는 0.04 중량% 미만으로 유지되어야 한다. 성형품은 또한 철 또는 팔라듐을 포함할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 성형품은 70-82 중량%의 모합금 및 에틸렌 비닐 아세테이트와 같은 고-탄소 유기폴리머 또는 저밀도 폴리에틸렌 18-30 중량%으로 구성된다. 균일한 분산은 예컨대, 용융물에 첨가되는 다른 미가공 공급 재료와 유사한 크기를 가지는 성형품에 의해 달성된다.

Description

모합금을 포함하는 성형품, 및 이들의 제조 및 사용 방법 {FORMED ARTICLES INCLUDING MASTER ALLOY, AND METHODS OF MAKING AND USING THE SAME}
기술 분야
본원발명은 모합금을 포함하는 물품, 및 이들 물품들을 제조 및 사용하는 특정한 방법에 관계한다. 더욱 특히, 본 출원은 금속 용융물에 합금을 첨가하기 위하여 사용되는 모합금을 포함하는 성형품, 및 이러한 성형품의 제조 및 사용 방법에 관계한다.
기술 배경의 설명
스테인리스 강, 티타늄 합금, 및 그밖의 다른 합금을 제조하는 동안, 부스러기를 종종 포함하는 원 공급 물질의 양은 필요한 원소 화학적 성질을 가지는 용융물을 제조하기 위하여 고온에서 가열된다. 종종 잉곳, 빌렛, 분말, 또는 몇몇 그밖의 다른 형태로 용융물을 고화시키기 이전에 용융물의 원소 화학적 성질을 적절하게 조절하기 위하여, 하나 이상의 모합금들의 양이 공급 원료 또는 용융물에 첨가된다. 당해 분야에 공지된 바와 같이, 모합금은 하나 이상의 원하는 첨가 원소들에서 풍부한 합금이며, 용융물에서 원하는 구성성분의 백분율을 올리기 위해 금속 용융물에 포함된다. ASM Metals Handbook. 탁상판 (ASM Intern. 1998), p.38.
모합금의 원소 조성이 공지되기 때문에, 용융물에서 원하는 원소 화학적 성질을 구현하기 위해 얼마만큼의 양의 모합금이 첨가되어야 하는지를 결정하는 것은 이론적으로는 간단하다. 그러나, 우리는 모합금의 첨가되는 양 모두가 용융물 내로 완전히 그리고 균일하게 혼입되게 될 것인지 여부를 고려하여야 한다. 예를 들면, 용융하여 용융물 내로 균일하게 혼입하게 되는 사실상의 모합금 첨가량이 첨가되는 양보다 적은 경우, 용융물의 원소 화학적 성질은 원하는 화학적 성질을 맞출 수 없을 수도 있다. 그러므로, 용이하게 용융하고 금속 용융물 내부로 용이하게 균일하게 혼입하게 되는 모합금의 형태를 개발하고자 하는 노력이 있어왔다.
몇몇 노력을 나타내는 구체적 분야의 한 예는 티타늄 용융물 내부로 특정 합금을 첨가하는 것의 도입이다. 예를 들면, 티타늄을 산소와 합금시키는 것은 어렵다. 티타늄 합금 용융물을 제조할 때, 전형적으로 티타늄 스폰지 또는 코블(cobble)이 티타늄-풍부한 공급 원료로서 사용된다. 티타늄 합금 용융물의 산소 함량을 증가시키는 방법은 분말화된 이산화 티타늄 (TiO2) 모합금과 티타늄 스폰지를 압착하는 것에 관계한다. 이산화 티타늄 모합금이 용해하여 용융물 내부로 혼입될 때, 이 모합금은 용융된 물질의 산소 함량을 증가시키며, 후속적으로 또한 용융물로부터 형성된 고체 물질의 산소 함량을 증가시킨다. 스폰지 및 이산화 티타늄 분말을 압착하는 방법은 몇가지 결점을 가진다. 예를 들면, 계량하여 배분하고 물질을 압착시키는 것은 비용이 든다. 또한, 압착된 스폰지 및 이산화 티타늄 분말을 제조하는 것은 용융 및 고화/주조 공정 이전에 상당량의 시간을 필요로 한다.
티타늄 용융물에 산소를 첨가하는 공지된 대안의 방법은 물질을 가열하기 이전에 용융 용기에서 티타늄 스폰지 및/또는 코블(cobble) 공급 원료와 성긴 분말의 이산화 티타늄 모합금의 양을 간단히 혼합하는 것이다. 이러한 방법에서, 비교적 소량의 분말화된 이산화 티타늄은 스폰지 및/또는 코블(cobble)의 표면을 코팅한다. 분말화된 이산화 티타늄이 더 많이 첨가되는 경우, 출발 물질에 점착할 수 없게 될 것이며 이러한 물질들로부터 분리될 것이다. 이러한 "유리된(free)" 이산화 티타늄 분말은 공기 이동에 의해 운반되어 지기 쉽다. 또한, 용융 용기에서 수집한 성긴 이산화 티타늄 분말의 대부분은 용융물 내부로 균일하게 혼입될 수 없었다. 따라서, 티타늄 합금 용융물의 화학적 성질을 조절하기 위한 이러한 전통적인 이산화 티타늄 첨가 기술을 사용하여 일어날 수 있는 결과는 일관되지 않으며 예상할 수 없는 이산화 티타늄의 손실이다. 최종 결과는 예상된 원소 화학적 성질을 가지지 않는 티타늄 합금 제품일 것이다.
상기 언급한 티타늄 합금 제조업자들은 산소를 조금 첨가한 티타늄 합금을 제조할 때 전형적으로 성긴 분말화 이산화 티타늄을 첨가하는 합금 기술을 사용한다. 그럼에도 불구하고, 이러한 경우에서 조차도 구현되는 최종 산소 수준은 어느 정도 예상되지 않는다. 성긴 이산화 티타늄 분말의 첨가에 의해 용이하게 구현될 수 있는 수준보다 더 높은 산소 수준이 바람직한 경우, 전술한 리드 타임 및 비용 결점을 가지는 티타늄 스폰지/이산화 티타늄 분말 압축 기술이 종종 사용된다.
티타늄 용융물에 합금 산소를 첨가하는 전통적인 기술들의 결점이 존재하므로, 개선된 합금 기술을 제공하는 것이 유익할 것이다. 보다 일반적으로, 널리 다 양한 금속 용융물에 다양한 합금을 첨가하기 위한 개선된 일반 기술을 제공하는 것이 유익할 것이다.
요약
상기 언급한 이점들을 제공하기 위하여, 본원의 한 양태에 따르면, 성형품은 금속 용융물에 합금을 첨가하기 위하여 제공된다. 상기 성형품은 적어도 하나의 모합금 입자, 및 성형품에서 모합금 입자를 결합시키는 결합 물질을 포함한다. 성형품이 예정된 온도로 가열될 때, 결합 물질은 형태를 변화시키고 모합금 입자를 유리시킨다. 바람직하게는, 예정된 온도는 500°F 보다 큰 온도이다.
본원 발명의 또다른 양태에 따르면, 금속 용융물을 합금시키기 위하여 사용되는 물품 제조 방법이 제공된다. 이 방법은 모합금 입자와 결합 물질을 포함하는 실질적인 균일 혼합물을 제공하는 것을 포함한다. 물품은 혼합물의 적어도 일부로부터 형성된다. 이 물품은 결합 물질에 의해 성형품에서 결합되는 모합금 입자를 포함한다. 물품이 예정된 온도로 가열될 때, 상기 결합 물질은 형태를 변화시키며 모합금 입자를 유리시킨다. 바람직하게는, 예정된 온도는 500°F 보다 더 큰 온도이다.
본원발명의 또다른 양태에 따르면, 합금 제조 방법이 제공된다. 이 방법은 예정된 양의 모합금을 포함하는 용융물을 제조하는 것을 포함한다. 모합금은 500°F 보다 큰 예정된 온도에서 분해하며 모합금 입자를 방출하는 결합 물질에 의해 적어도 하나의 성형품 내부로 결합된 모합금 입자의 형태로 용융물 또는 용융된 출발 물질에 첨가된다. 이러한 방법의 특정한 비-제한적 구체예에 따르면, 용융물을 제조하는 단계는 복수의 성형품 및 잔류 용융 성분들을 포함하는 실질적 균일 혼합물을 제공하는 단계, 및 상기 균일 혼합물의 적어도 일부분을 예정된 온도 이상의 온도로 가열하는 단계를 포함한다.
또한 본원발명의 또다른 양태에 따르면, 금속 용융물의 원소 조성을 조절하는 방법이 제공된다. 이 방법은 적어도 하나의 유기 폴리머에 의해 서로 결합된 모합금 입자를 포함하는 적어도 하나의 성형품의 형태인, 예정된 양의 모합금-함유 물질을 용융물에 포함시키는 것에 관계한다. 모합금은 티타늄, 티타늄 화합물, 니켈, 니켈 화합물, 몰리브덴, 몰리브덴 화합물, 팔라듐, 팔라듐 화합물, 알루미늄, 알루미늄 화합물, 바나듐, 바나듐 화합물, 주석, 주석 화합물, 크롬, 크롬 화합물, 철, 철 산화물, 및 철 화합물 중 적어도 하나를 포함한다.
독자들은 본원발명의 방법 및 물품의 특정한 비-제한적 구체예들에 관한 다음의 상세한 설명을 고려할 때, 전술한 점들 그리고 이점들 및 그밖의 다른 이점들도 이해하게 될 것이다. 또한 독자들은 본원에 설명된 방법, 물품 및 부재를 실시하거나 사용할 때 추가적인 이점들 및 상세한 점들을 이해할 수 있다.
도면의 간단한 설명
본원에 설명된 방법들 및 물품들의 특징 및 이점들은 다음의 첨부된 도면을 참고하면 더욱 잘 이해될 수 있다 :
도 1(a) 내지 1(f)는 본원발명에 따라 제조될 수 있는 다양한 성형품의 비- 제한적 형상을 도시한다.
도 2는 티타늄 합금 용융물을 형성하는데 사용되는 티타늄 스크랩 물질의 전통적인 막대-형상 어셈블리의 사진이다.
도 3은 이산화 티타늄 및 에틸렌 비닐 아세테이트 결합제를 포함하며, 본원발명에 따른 방법의 특정 비-제한적 구체예에서 사용될 수 있는 펠릿화된 물품의 사진이다.
도 4는 본원발명에 따라 제조된, 이산화 티타늄 및 LDPE 결합제를 포함하는 압출된 실린더형 성형품의 사진이다.
도 5는 본원발명에 따른 압출된 실린더형 성형품 구체예의 도식적 횡단면도이다.
특정 비-제한적 구체예들의 설명
본원발명의 상세한 설명 및 청구범위에서 사용되는 성분의 양, 가공 조건 등을 표현하는 모든 숫자들은 모든 경우에서 "약"이라는 용어에 의해 변형되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 반대의 언급이 없는 한, 다음의 상세한 설명 및 첨부된 청구범위에서 설명된 수치 변수들은 본원발명의 성형품에서 얻고자 하는 필요한 성질들에 따라 달라질 수 있는 추정치이다. 각각의 수치 변수는 적어도 기록된 유효 숫자의 수를 적어도 통상의 어림법을 적용하여 해석되어야 한다.
본원발명의 넓은 범위를 설명하는 수치 범위 및 변수들이 어림치임에도 불구하고, 본원에서 특정예에서 설명된 수치 값들은 가능한 한 간결하게 기록된다. 그러나, 임의의 수치 값들은 본래 특정 오차, 예를 들면, 이들의 각각의 실험 측정에서 발견되는 표준 편차로부터 필수불가결하게 생기는 연산자 오차 및/또는 장치 오차와 같은 임의의 오차를 함유한다. 또한, 본원에서 언급되는 수치 범위는 경계 범위 및 그 안에 종속된 모든 하위-범위를 포함하는 것임을 이해하여야 한다. 예를 들면, "1 내지 10"이라는 범위는 언급된 최소값 1과 언급된 최대값 10 사이의 모든 하위-범위들을 포함하는 것이다, 즉, 1과 같은 최소값 내지 1보다 큰 값 및 10과 같은 최대값 내지 10보다 작은 값들을 가진다.
본원에 참고문헌으로 전체적으로 또는 부분적으로 편입되는 것으로 언급되는 특허, 간행물 또는 그밖의 다른 공개물은 편입된 공개물들이 본원에 설명된 정의, 설명, 또는 그밖의 다른 공개물과 대치되지 않는 범위에 대하여만 편입된다. 이와 같이, 필요한 정도까지, 본원에 설명된 공개물은 본원에 참고문헌으로 편입된 상반된 공개물을 대체한다. 본원에 참고문헌으로 편입되는 것으로 언급되지만 본원에 설명된 정의, 설명 또는 그밖의 다른 공개물과 상반되는 공개물 또는 공개물의 일부는 오직 편입된 공개물과 본원과의 사이에 상반되는 점이 없는 정도까지만 편입된다.
본원발명에 따른 특정 비-제한적 구체예는 결합 물질에 의해 성형품 안에서 결합되는 미립자 모합금의 양을 포함하는 성형품에 직결된다. 본원에서 사용되는 "성형품"이란 기계적 힘의 작용을 포함하는 방법에 의해 제조되어 있는 물품을 말한다. 이러한 방법의 비-제한적 예에는, 성형, 가압(pressing), 및 압출을 포함한다. 특정 구체예에서, 본원발명에 따른 성형품은 금속 용융물을 제조하는데 사용되는 공급 원료에 첨가될 수 있다. 특정한 그밖의 다른 구체예에서, 성형품은 기존의 금속 용융물의 용융된 재료에 첨가될 수 있다. 본원발명의 성형품의 특정 구체예는 상기 방식들 중 하나에서 사용될 수 있다. 본원에서 사용되는 "금속 용융물"은 후속적으로 합금으로 고화되는, 금속 및, 선택적으로, 금속 및 비-급속 합금 첨가제의 용융물을 말한다. 본원에 설명된 발명의 적용을 특정 합금의 제조에 제한하지 않고, 본원발명에 따른 하나 이상의 성형품을 포함하는 금속 용융물 성분들을 사용하여 제조될 수 있는 합금에는 티타늄 합금, 지르코늄 합금, 알루미늄 합금, 및 스테인리스 강이 포함된다. 본원발명을 고려할 때, 통상의 당업자는 본원발명의 성형품을 하나 이상 포함하는 첨가성분들로 이루어진 금속 용융물로부터 제조될 수 있는 그밖의 다른 합금을 용이하게 파악할 수 있을 것이다.
본원발명의 성형품은 필요한 적어도 하나의 첨가제의 정량화가능한 농도 및/또는 양을 포함하며, 용융물의 원소 조성을 조절하고 원하는 화학적 성질을 가지는 용융물로부터 형성된 고화된 물품 또는 재료를 제공하기 위하여, 하나 이상의 성형품이 금속 용융물 공급 원료 또는 금속 용융물 그 자체에 첨가될 수 있다. 본원에 기재된 성형품은 본원에서 논의된 일반 성질을 가지는 결합 물질을 포함하기 때문에, 예정된 유리한 형상, 밀도, 및/또는 크기를 가지는 성형품의 구체예가 제조될 수 있다. 예를 들면, 용융물을 형성하는 잔류 물질과 성형품이 균일하게 혼합되게 하기 위하여 그리고 생성된 혼합물 내부에서 또는 생성된 혼합물과 분리하는 허용할 수 없는 나타내지 않도록 하기 위하여 선택된 일반적인 크기 및 형상을 가지는 성형품이 제조될 수 있다.
상기 논의한 바와 같이, 본원발명의 성형품의 구체예는 일정 양의 미립자 모합금을 포함한다. 모합금 입자의 크기 및 형상은 관심의 대상이 되는 특정 금속 용융물에 대한 모합금 첨가제로서 적합한 크기 및 형상일 수 있다. 예를 들면, 특정 비-제한적 구체예에서, 미립자 모합금은, 예르 들면, 서브마이크론 내지 약 20 mm 범위의 크기를 가지는 각각의 모합금 입자로 구성된 분말의 형태일 것이다.
본원발명에 따른 성형품의 한 구체적인 비-제한적 구체예에서, 모합금은 약 1 마이크론 내지 약 20 mm 직경 범위의 입자 크기를 가지는 팔라듐 스폰지 분말이다. 바람직하게는, 이러한 팔라듐 모합금 입자의 직경은 약 5 mm 이하, 더욱 바람직하게는 약 0.1 mm 이하이다. 전술한 입자크기의 미립자 팔라듐 모합금을 포함하는 본원발명에 따른 성형품은, 예를 들면, 티타늄 합금 용융물에 적용될 수 있다. 팔라듐의 용융점이 티타늄에 비해 비교적 낮기 때문에, 팔라듐 금속 용융물은 티타늄 용융물에서 용이하게 녹으며, 팔라듐 모합금이 용융되지 않고 남아있을 염려는 거의 없다. 용융물의 우세한 금속의 용융점 근방 또는 그 이상의 용융점을 가지는 그밖의 다른 금속 모합금은 바람직하게는 완전한 용융을 촉진시키기 위하여 비교적 작은 입자 크기이다. 완전한 용융을 촉진시키기 위한 이러한 그밖의 다른 모합금을 위한 특히 바람직한 입자 크기는 약 1 마이크로미터 또는 그 미만이다.
본원발명에 따른 성형품의 또다른 비-제한적 구체예에서, 모합금은 미립자 이산화 티타늄 또는 유사한 산화 화합물이며, 이러한 경우 입자의 직경은 바람직하게는 약 100 마이크로미터 미만, 더욱 바람직하게는 1 마이크로미터 미만이다. 이러한 성형품은, 예를 들면, 용융된 물질에 산소를 첨가하기 위하여 티타늄 합금 용융물에서 그리고 생성된 고체 합금에서 사용될 수 있다. 이러한 성형품에서 비교적 작은 입자 크기의 이산화 티타늄은 용융물에서 완전한 용해를 더욱 확보한다. 불완전한 용해는 감소된 합금 기여도를 결과할 것이며, 더욱 중요하게는, 최종 고화된 산물에서 매우 바람직하지 않은 결함 입자(함입)를 결과할 수 있다.
그밖의 다른 가능한 미립자 모합금 크기 및 형태들에는 구상 형태(shot form)가 포함된다. 본원에서 사용되는 "구상"이란 일반적으로 약 0.5 mm 내지 약 5 mm 범위의 직경을 가지는 구형 입자를 말한다. 본원발명의 성형품에서 유용한 특정한 그밖의 다른 미립자 모합금 형태들은 "코블(cobble)" 크기일 수도 있는데, 본원에서 이 용어는 구겨진 공모양의 쉬이트, 패스너(fastener), 많은 제조 공정으로부터의 다듬어진 파편들, 크기 범위에 있어서 부분적으로 제조된 물건, 거절된 제품, 및 원료를 포함하는 널리 다양한 폐기물을 말하며, 이들 모두는 어떠한 하나의 크기에서도 약 1 mm 내지 약 100 mm 범위의 최대 크기를 가진다. 따라서, "구상"으로 고려되는 것과 "코블"로 고려되는 것 사이에 어느 정도 크기의 겹침이 있을 수 있다. 전술한 모합금 입자 크기 및 형상들은 본원에 개시된 크기 및 형상에 제한되는 것으로 고려되어서는 안되며, 미립자 모합금은, 본원에 구체적으로 개시된 것보다 작거나 크거나 관계없이, 성형품 안에서 모합금이 용융물에 만족스럽게 용해하기에 적합한 그리고 최종 합금 내부로 혼입되게 하기에 적합한 임의의 입자 크기를 가질 수 있다. 따라서, 본원에서 "미립자" 모합금 또는 모합금 "입자"라는 언급은 특정 입자 크기 또는 특정 입자 크기 범위, 또는 특정 형상을 의미하지 않는다. 대신, "미립자", "입자" 등의 언급은 단순히 다수의 조각들의 특정 모합금이 결합 물질에 의해 성형품 내부로 결합됨을 나타낸다. 또한, 본원발명을 고려할 때, 본원 성형품에서 유용한 모합금 형상들은 본원에 구체적으로 언급된 것들에 제한되지 않음이 명백할 것이다. 본원발명의 성형품에서 사용될 수 있는 그밖의 다른 모합금 형상은 본원발명을 고려하면 당업자들에게 자명할 것이며, 이러한 모든 모합금 형상들은 첨부된 청구항에 포함된다.
본원발명에 따른 성형품에 포함될 수 있는 하나 이상의 모합금의 화학적 성질들은 필요하고 적절한 모합금의 화학적 성질들 어느 것이나 될 수 있다. 예를 들면, 본원에서 더욱 자세히 설명되는 바와 같이, 본원발명에 따른 성형품의 한 비-제한적 구체예에서, 모합금은 미립자 이산화 티타늄이며, 이것은, 예를 들면, 과거에 티타늄 합금의 용융물에 산소를 첨가하기 위하여 사용되었던 모합금이다. 물론, 당업자는 제조될 특정 금속 용융물과 관련하여 원하는 합금 효과에 기초한 하나 이상의 특정한 모합금의 화학적 성질들을 알 수 있을 것이다. 따라서, 특정 합금의 용융물을 형성함에 유용한 미립자 모합금 물질들을 본원에서 배타적으로 기재할 필요가 없다. 본원에서 설명되는 성형품에서 사용될 수 있는 미립자 형태로 입수가능한 모합금의 예에 대한 비-배타적 리스트에는 다음이 포함된다: 팔라듐 모합금 (예를 들면, 티타늄 합금 ASTM 등급 7 (Ti-0.15Pd), 11 (Ti-0.15Pd), 16 (Ti-0.05Pd), 17(Ti-0.15Pd), 18(Ti-3Al-2.5V-0.05Pd), 20(Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr-0.05Pd), 24 (Ti-6Al-4V-0.05Pd), 및 25(Ti-6Al-4V-0.5Ni-0.05Pd)와 같은 ASTM B 348 티타늄 합금과 같은 합금의 제조에서 사용되는); 팔라듐 화합물 모합금; 니켈 및 몰리브덴 모합금 (예를 들면, 티타늄 ASTM 등급 12 (Ti-0.3Mo-0.8Ni)의 제조에 사용되는); 알루미늄 및 알루미늄 화합물 모합금; 바나듐 및 바나듐 화합물 모합금; 주석 및 주석 화합물 모합금; 크롬 및 크롬 화합물 모합금; 및 철, 철 산화물(예를 들면, ASTM 등급 1, 2, 3 및 4를 포함하는 CP 티타늄의 제조에 사용되는), 및 그밖의 다른 철 화합물 모합금.
본원발명의 성형품에서 사용될 수 있는 결합 물질은 하나 이상의 미립자 모합금과 용이하게 혼합하고 원하는 성형품으로 입자를 적절하게 결합시키는 적절한 하나의 재료 또는 재료들의 조합일 수 있다. 특정 결합 물질 또는 물질들은 적절하게 분해하는 성질들을 가져야 하는데, 이는 용융 장치의 작동 변수들에서 하나 이상의 결합 물질들이, 진공 시스템에 의해 용융된 물질 내부로 흡수될 수 있거나 용융 장치 밖으로 배출될 수 있는 휘발성 화학종들을 생성함을 의미한다. 본원발명의 초점이 금속 용융물의 합금이기 때문에, 선택된 결합 물질 또는 재료들은 성형품이 고온을 받게 될 때 분해하여 결합된 모합금 입자를 방출하여야 한다. 바람직하게는, 고온은 500°F를 넘는 온도이다.
한 예로서, 전통적인 전자 빔 용융 장치를 사용하여 티타늄 합금 용융물을 제조하는 동안, 높은 가동 온도 (티타늄에 대해 약 1670℃) 및 매우 낮은 압력(약 1 mTorr)은 본원발명에 따른 성형품의 구체예에서 사용하기 위하여 고려되는 많은 결합 물질들을 증발시키기에 충분하다. 이러한 조건들을 받게 될 때, 상기 결합 물질들은 용융한 후 휘발하거나, 고체 상태로부터 직접 휘발하여, 용융된 티타늄 내부로 용해할 수 있는 기체상 화학종들을 생성한다. 결합제가 이러한 방식으로 분해할 때, 결합된 모합금 입자는 방출되고 용융물 내부로 용이하게 흡수될 수 있다.
또한 결합 물질들은 본원에서 논의되는 그밖의 다른 특정 요구조건들을 만족시켜야한다. 가능한 결합 물질들의 제한된 실시예들만이 본원에 기재되지만, 당업자들은 추가적인 적합한 결합 물질들을 용이하게 알 수 있을 것이다. 본원에서 구체적으로 언급되지는 않았지만 이러한 추가적인 결합제들은 본원발명 및 수반된 청구범위에 속한다.
성형품에서 사용될 수 있는 결합 물질들 중 한 종류는 유기 폴리머이다. 제조되어야 할 특정 금속 용융물에 따라 다른, 적합한 유기 폴리머 결합 물질들의 비-제한적 예에는 에틸렌 비닐 아세테이트 (EVA), 저밀도 폴리에틸렌 (LDPE), 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE), 유레아 포름알데히드, 및 그밖의 다른 포름알데히드 화합물이 포함된다. 더욱 일반적으로, 적합한 결합 물질에는 자체-지지형 형상으로 적절하게 성형될 수 있으며 본원에서 설명된 그밖의 다른 결합물질의 요구사항들을 만족시킬 수 있는 단일 유기 탄화수소 폴리머 또는 유기 탄화수소 폴리머의 조합물이 포함된다. 유용한 유기 탄화수소 폴리머에는, 예를 들면, 통상적으로 사용가능하며 플라스틱 산업에서 사용되는 다양한 열경화성 및 열가소성 탄화수소 폴리머가 포함된다. 열경화성 및 열가소성 탄화수소 폴리머의 혼합물은 또한 결합 물질로서 사용될 수도 있다. 열경화성 및 열가소성 물질들 또는 이들의 혼합물들은 미립자 모합금을 서로 결합시킬 수 있어야 하며, 본원에 설명된 몇가지 다른 요구조건들을 만족시켜야 한다. 바람직하게는, 본원발명의 성형품을 제조하기 위하여 사용되는 열경화성 또는 열가소성 결합 물질 또는 혼합물은 우수한 성형 및 압출 성질, 뿐만 아니라 모합금 입자를 코팅하기 위한 낮은 표면 장력 및 점성을 가진다. 우수한 습윤성 및 코팅성을 가지는 폴리머가 바람직한데, 이는 더욱 우수한 모합금 입자의 코팅은 더 높은 백분율의 입자를 성형품 내부로 혼입될 수 있게 하기 때문이다. 모합금 입자의 불완전한 코팅은 성형 설비에 대하여 과다한 마모를 가져올 수 있으며, 최종 성형품에 불충분한 구조적 완전성을 결과할 수 있다. 또한 모합금 입자와 열경화성 및/또는 열가소성 결합 물질은 철저히 그리고 균일하게 혼합될 수 있어야 한다. 사용되는 열경화성 결합 물질은 또한, 취급하는 동안 충분한 완전성을 유지하기 위한 만족스러운 강도의 성형품을 제조하기 위하여 우수한 응결 및 경화성을 가진다.
유기 폴리머 또는 그밖의 다른 결합 물질은 미립자 모합금과 혼합하기에 적합한 형태로 제공될 수 있다. 예를 들면, LDPE 및 HDPE, 뿐만 아니라 수많은 다른 유기 폴리머들은 미립자 모합금과 용이하게 혼합될 수 있는 고체 입자 형태로 입수가능하다. 사용되는 특수한 결합 물질 또는 결합 물질들의 조합은 바람직하게는 혼합물이 가공될 때 결합 물질이 모합금 입자를 효과적으로 결합시킬 수 있도록 미립자 모합금과 용이하게, 철저하게, 그리고 균일하게 혼합할 수 있는 형태로 수득된다.
정의에 의해 상당량의 탄소를 포함하는 어떠한 유기 폴리머라도, 예를 들면, 티타늄 기초 합금의 용융물을 제조하기에 유용한 성형품을 포함하는, 본원발명에 따른 성형품을 위한 결합 물질로서 사용하기에 적합하다. 티타늄 용융물에 대한 특정 수준의 탄소의 첨가는 허용될 수 있으며, 생성되는 티타늄 합금을 어느 지점까지는 유리하게 강화시킬 것이다. 본원발명에 따라 제조되는 특수한 성형품에서 사용되는 결합 물질의 원소 조성은, 분해되어 용융물 내부로 흡수될 때의 특정 추가 수준에서 용이하게 결정될 수 있으며, 이에 의하여, 결합 물질 및 이의 원소 조성이 허용될 수 있는지 또는 이로울 수 있는지를 평가한다.
용융물의 온도에서 적절하게 분해하는 것 이외에도, 본원발명의 다양한 성형품에서 유용한 결합 물질들은 바람직하게는, 공급 시스템에 부하되고 용융된 풀의 인접 구역으로 운반될 때 또는 용융된 풀의 인접 구역 내부로 부하되기 전에 증발되지(off-gas) 않는다. 용융된 공급 물질이 전자 빔 용융 장치에서 용융되는 특수한 경우에서, 본원발명의 성형품은 용융물에서 용해하기 위하여 전자 빔에 의해 충돌될 때 분해하여 증발하여야 하지만, 성형품들은 바람직하게는 주위 온도 (10-120°F와 같은)에서 전자 빔 장치의 진공 환경에서는 증발하지 않아야 한다.
유기 폴리머 또는 그밖의 결합 물질의 또다른 필요한 특성은 성형품의 모합금 성분들이 용융물 안으로 적절하게 흡수될 수 있도록 적절한 시간까지 조기에 구조적 완전성을 느슨하게 하거나 분해하여 이에 의해 모합금 입자를 방출하여서는 안된다는 것이다. 유기 폴리머 또는 그밖의 다른 결합 물질은 바람직하게는, 성형품이 이를 취급하는 동안 허용될 수 없는 정도까지 파열되어 용융된 공급 원료의 혼합물 내부에서 손실되거나 용이하게 분리되는 고운 입자 또는 그밖의 다른 비교적 적은 조각들을 생성하지 않도록, 취급, 충격 및 그밖의 다른 힘들에 대해 충분히 내성을 띠는 성형품을 제공할 것이다.
또한, 유기 폴리머 또는 그밖의 다른 결합 물질의 화학적 성질은 특수한 금속 용융물 및 생성된 주조 합금에서 허용될 수 없는 농도의 원소들을 포함할 수 없다. 예를 들면, 특정 티타늄-기초 합금의 용융물 제조시, 결합 물질은 허용할 수 없는 수준의 실리콘, 염소, 마그네슘, 붕소, 플루오르, 또는 용융물 및 생성된 주조 합금에서 바람직하지 않은 그밖의 다른 원소들을 포함하여서는 안된다. 물론, 당업자는 실험, 결합 물질의 조성에 대한 지식 및 원하는 결과 합금, 원하는 합금에서 특정 원소들의 공지된 상극성, 및 그밖의 다른 수단을 통해 특수한 결합 물질 또는 결합 물질들의 조합의 적합성을 용이하게 결정할 수 있다.
언급한 바와 같이, 유기 폴리머 결합 물질은 반드시 상당 함량의 탄소를 포함한다. 적합한 결합제를 선택할 때, 성형품의 결합제 농도 또한 고려되어야 하지만, 탄소 농도가 고려되어야 한다. 유기 폴리머 결합 물질을 사용하여 티타늄-기초 합금을 제조할 때, 예를 들면, 바람직하게는 결합제의 최대 탄소 농도는 약 50 중량%이다. 성형품에서의 결합제 농도에 따라, 50 중량% 이상의 결합 물질 탄소 농도는 티타늄 합금 용융물에 대한 과다한 탄소의 첨가를 결과할 수 있는데, 이는 대부분의 티타늄 합금의 상세는 0.04 중량% 이하의 탄소 제한을 가지기 때문이다. 미립자 이산화 티타늄 모합금 및 특정 고-탄소 유기 폴리머 결합 물질을 포함하는, 본원발명에 따라 제조된 성형품을 첨가하는 것은 용융물에 대해 상당량의 산소를 첨가하지 않으면서 용융물의 탄소 함량을 허용가능한 최대한의 함량까지 증가시킬 수 있다.
질소는 본원발명의 성형품에서 유용한 결합 물질에 존재할 수 있는 또다른 원소이다. 질소 첨가는 특정 합금의 성질을 개선시킬 수 있다. 예를 들면, 질소는 산소에 비하여 중량대비로 약 2.5배 더 효과적으로 티타늄의 강도를 증가시킨다. 그러므로, 예를 들면, 우리는 티타늄 용융물에 대한 합금 첨가제로서 질소를 첨가하기 위한 수단으로서 하나 이상의 질소-함유 결합 물질을 포함하는 본원발명에 따른 성형품을 제조할 수 있으며, 티타늄 합금의 강도를 개선시킬 수 있다. 하나 이상의 질소-함유 결합 물질은 예를 들면, 최대 50 중량%의 질소, 또는 그 이상을 함유할 수 있다. 이러한 성형품에서 미립자 산소-함유 모합금의 농도는 감소될 수 있는데, 이는 질소-함유 결합 물질이 또한 생성된 티타늄 합금의 강도를 개선시키는 작용을 하기 때문이다. 이는 질소-함유 결합 물질이 없는 경우 필요한 산소-함유 모합금보다 더 적은 양의 산소-함유 모합금을 사용하여 티타늄 합금을 어느 정도 강화할 수 있게 한다. 물론, 티타늄 이외의 합금 용융물에 질소를 첨가하는 것도 바람직할 수 있으며, 또는 강화 이외의 이유를 위하여일 수도 있다. 또한, 상대적으로 질소-함유 모합금이 거의 존재하지 않는다. 본원발명에 따라 제조된 성형품에서 질소-함유 결합 물질을 사용하는 것은 이러한 요구사항들을 해결한다.
본원발명에 따른 성형품에서 유용한 질소-함유 결합 물질에는 유레아 포름알데히드가 포함되며, 뿐만 아니라 질소-함유 열경화성 및 열가소성 물질들을 포함하여, 일정한 형상들로 성형될 수 있으며 미립자 모합금을 서로 결합시킬 수 있는 그밖의 다른 적합한 질소-함유 유기 탄화수소 물질이 포함된다.
본원발명에 따른 성형품에서 적합한 결합제 농도 범위는 상기 고려한 요인들을 포함하여, 다양한 요인들에 따라 다를 것이다. 최소한의 결합 물질 농도를 위한 제한 요인은, 원하는 형상, 크기 및/또는 밀도를 가지며 허용할 수 없을 정도로 성형품을 손상시키지 않고 취급될 수 있도록 적절한 강도를 가지는 성형품에 미립자 모합금을 결합시키는, 주어진 농도의 선택된 결합 물질의 능력이다. 그러므로, 화학적 성질은 최대 결합 물질 농도를 예측할 수 있게 하나, 기계적 제한은 최소 결합 물질의 농도를 예측할 수 있게 한다. 예를 들면, 특수한 미립자 이산화 티타늄 모합금 및 LDPE 결합 물질을 포함하는, 본원발명에 따라 제조된 일정 유형의 성형품을 제조할 때, 약 18 중량% 미만의 LDPE를 사용하는 것은, 서로 적절하게 지지하지 않고, 모합금의 일부가 성형품내에서 결합되지 않은 분말로서 남아있는 성형품을 생성하는 것으로 결정되었다. 또한, 모합금의 혼합물 및 비교적 저 농도의 결합 물질은 표준 폴리머 혼합 및 성형 장비에 손상을 줄 수 있다. 그럼에도 불구하고, 때때로 성형품의 탄소 함량을 줄이는 것과 같은 화학적 고려사항들은, 성형품에서 더 낮은, 그러나 기계적으로 수용가능한 결합물질의 농도를 사용할 때 예상될 수 있다.
본원발명의 성형품은, 벌크 플라스틸 및 플라스틱 성형 및 사출 산업에서 사용되는 폴리머 물질로부터 물품을 성형하는, 당업자에게 공지된 수많은 방법에 의해 하나 이상의 미립자 모합금 및 하나 이상의 적합한 유기 폴리머 결합 물질로부터 제조될 수 있다. 본원발명의 방법의 특정 비-제한적 구체예에 따르면, 예를 들면, 실질적으로 균일한 혼합물을 형성하기 위하여, 하나 이상의 미립자 모합금의 양은 하나 이상의 유기 폴리머 결합 물질의 양과 혼합된다. 이후 균일한 혼합물의 적어도 일부는 원하는 형상, 크기 및 밀도의 점착성 성형품으로 가공된다. 실질적으로 균일한 혼합물을 형성하기 위하여 성분들을 조합 및 혼합하기 위한 어떠한 적합한 수단들이라도 사용될 수 있다. 예를 들면, 열가소성 폴리머 결합 물질은 간단한 반죽기, 급속 혼합기, 일축 또는 이축 압출기, Buss 반죽기, 유성 롤 압출기(planetary roll extruders), 또는 급속 교반기를 사용하여 미립자 모합금과 철저하게 그리고 균일하게 혼합될 수 있다. 열경화성 폴리머 결합 물질은, 예를 들면, 간단한 반죽기, 급속 혼합기, 또는 급속 교반기를 사용하여 미립자 모합금과 철저히 그리고 균일하게 혼합될 수 있다. 실질적으로 균일한 혼합물을 형성하는 것은 결합 물질이 미립자 모합금을 용이하게 결합시킬 수 있도록 함에 있어서 중요할 수 있다. 예를 들면, 결합 물질과 미립자 모합금을 혼합하기 위해 시도할 때, 그 후 결합제가 성형품을 형성하는 동안 연화되거나 액화될 때 주머니에 결합물질이 수집된다면, 결합제는 모합금 입자의 모든 구역들 사이의 틈새를 들어갈 수 없다. 이것은 모합금 입자의 구역들 또는 일부분들이 성형품에 불안정하게 결합되거나 성형품에 전혀 결합되지 않는 환경을 초래할 수 있으며, 이것은 취급 응력을 적절하게 견뎌낼 수 없는 느슨한 미립자 모합금 또는 기계적으로 약한 성형품을 존재하게 할 수 있다.
모합금과 결합 물질의 혼합물로부터 성형품을 제조하기 위한 어떠한 적합한 방법 또는 기술이라도 사용될 수 있다. 예를 들면, 결합 물질이 고체 입자 물질로서 혼합물에 제공되는 유기 폴리머인 경우, 미립자 모합금과 결합제의 혼합물 모두 또는 일부는 가열되어, 유기 폴리머를 연화 또는 액화시킬 수 있으며, 그 후 가열된 혼합물은 원하는 밀도를 가지는 원하는 형상으로, 공지된 성형 기술에 의해 기계적으로 성형된다. 대안적으로, 혼합물의 전부 또는 일부분의 가열 및 성형은 동시에 이루어질 수 있다. 성형품 내부의 결합 물질이 일정 지점까지 냉각될 때, 결합 물질은 경화하고 미립자 모합금을 서로 지지시킨다. 혼합물의 모두 또는 일부를 원하는 물품으로 물리적으로 성형하는 방법들에는 결합 물질의 용융점에서 또는 용융점 이상에서의 주조, 다이 성형, 압출, 사출 성형, 펠릿팅, 및 필름 압출이 포함된다. 가능한 성형 기술의 더욱 구체적인 비-제한적 예에는 분말화된 또는 펠릿화된 유기 폴리머 결합 물질을 미립자 모합금과 혼합한 후, 혼합물을 가열하고, 원하는 형상의 성형품으로 혼합물을 압출하는 것이 포함된다. 대안적으로, 미립자 결합 물질과 모합금이 혼합되고, 혼합물은 압출되는 동안 가열되고, 이 혼합물 성분들을 더욱 혼합하기 위하여 압출물을 또다시 압출 장치를 통과시킨 후, 이중으로 압출된 혼합물은 성형품의 형상으로 사출 성형된다.
본원발명의 성형품은 잉곳 또는 그밖의 다른 합금 구조물을 형성하기 위하여 물질을 용융시키기 이전에, 금속 용융물 또는 공급 원료(즉, 용융된 성분들)의 혼합물에 첨가하기에 적합한 형상 및 크기를 가질 수 있다. 예를 들면, 성형품은 펠릿, 스틱, 로드, 막대, 곡선 형상, 별 형상, 가지 형상, 다면체, 파라볼라, 원뿔, 실린더, 구, 타원체, 곡선 "C" 형상, 잭 형상, 쉬이트, 및 직각 형상에서 선택된 형상을 가질 수 있다. 성형품이 물질들과 혼합될 때 공급 원료와 느슨하게 결합하게 되고, 분리되거나 격리되지 않는 형상을 선택하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 티타늄 합금 용융물을 제조하는 특수한 경우에, 티타늄 스폰지 및/또는 티타늄 코블 및 금속 용융물을 형성하기 위하여 첨가될 수 있는 그밖의 다른 공급 물질들과 서로 혼합될 때 남아있는 성분들에 비하여 비교적 부동적인 형상을 선택하는 것이 바람직하다. 물질을 취급하는 동안의 어떠한 시점에서도 남아있는 용융된 공급 물질로부터 성형품의 분리는 바람직하지 않다. 다수의 부분(arms), 돌출부, 및/또는 돌기부를 포함하는 성형된 형상, 그리고 다수의 곡선 또는 각도를 포함하는 성형된 형상은, 모합금/결합제 혼합물로부터 형성된 상기 형상들을 가지는 부분들이 전형적으로 용융된 공급 물질을 통하여 용이하게 통과할 수 없거나 공급 물질의 상부로 이동할 수 없기 때문에 유리하다. 유리할 것으로 생각되는 몇가지 성형품 형상들이 도 1(a) (곡선 "C" 형상); 1(b) (잭 형상); 1(c) (쉬이트); 1(d) (로드); 1(e) (직각 형상); 및 1(f) (스틱 형상)에 도시되어 있다.
개개의 성형품의 원하는 크기는, 적어도 어느 정도까지는, 의도하는 성형품의 용도에 따라 달라진다. 예를 들면, 용융물에 포함되는 공급 원료의 크기는 원하는 성형품의 크기와 어느 정도 유사할 수 있다: 용융물 성분들이 균일하게 혼합하고 성형품이 취급되는 동안 혼합물로부터 분리되는 허용할 수 없는 경향을 가지지 않도록 더욱 확실히 하기 위하여 용융물의 공급 원료의 크기와 유사한 크기의 성형품을 제공하는 것이 유익할 수도 있다. 성형품은 어떠한 적합한 크기라도 가질 수 있으나, 특정 비-제한적 구체예에서, 티타늄 합금 용융물의 제조에 사용되는 미립자 형태로 제공된(예를 들면, 긴 바(bar) 및 로드 형상의 성형품과 대조) 본원발명에 따른 성형품은 일반적으로 약 100 mm, 더욱 바람직하게는 약 3 mm 이하, 그리고 더더욱 바람직하게는 약 1 mm 이하의 직경을 가져야 한다. 또다른 비-제한적 구체예에서, 성형품은, 예를 들면, 압축된 티타늄 스크랩 재료의 바(bar)를 포함하는 성분들로부터 티타늄 합금 용융물을 형성하는데 유용한 쉬이트 형태로 제공된다. 이러한 경우에, 쉬이트는 예를 들면, 약 10 내지 약 1000 mm 너비 및 약 0.5 내지 약 10 mm 두께일 수 있다.
티타늄 용융물에 산소를 첨가하는 것과 관련하여, 일반적으로, 이산화 티타늄 및 EVA, LDPE 및 HDPE와 같은 유기 폴리머 결합제는 티타늄과 유사한 밀도를 가지는 본원발명에 따른 성형품을 제조하기 위하여 사용될 수 있음이 관찰되었다. 이러한 유사성은 티타늄 스폰지 및 코블과 같은 티타늄 출발 공급 원료와 성형품의 균일한 혼합물로부터 성형품의 분리를 억제하는데 도움이 될 수 있다. 원료 티타늄 스크랩 및 스폰지는 전형적으로 분말 크기에서 약 1500 mm 직경의 다면체까지의 크기 범위이다. 따라서, 티타늄 공급 재료와 성형품의 균일한 혼합물로부터 성형품의 분리를 더욱 저해하기 위하여 유사한 크기를 가지는 성형품이 본원발명에 따라 결합 물질과 이산화티타늄으로부터 제조될 수 있다.
또한 철은 티타늄 및 알루미늄 합금과 같은 특정한 다른 합금에 대한 통상의 합금 첨가물이다. 철과 산소 모두가 티타늄 및 특정한 다른 합금들을 합금하기 위하여 통상적으로 첨가되기 때문에, 철 산화물은 유익한 모합금이 될 것으로 보인다. 또한 철 산화물은 꽤 비용이 저렴하다. 그러나 철 산화물과 티타늄을 조합하는 것은 동시에 격렬한 발열 반응을 일으킬 수 있다. (테르밋 반응은 특정 발연성 폭발물에서 사용된다.) 미립자 철 산화물 모합금 및, 철 산화물 입자들을 코팅하고 이들을 서로 결합시키는 결합제를 포함하는 본원발명에 따른 성형품의 제조의 이점은 이 방법은 테르밋 반응이 일어나는 것을 저해할 수 있다는 점이다. 그러므로, 본원발명에 따른, 결합 물질을 포함하는 성형품을 제조하는 것은 티타늄을 합금할 때 티타늄에 철 산화물 모합금을 안전하게 첨가할 수 있게 한다.
티타늄 합금의 용융물을 제조하는 특정 방법에 있어서, 티타늄 스크랩 공급 물질의 대형 막대-형상의 어셈블리가 제조되고, 가열된 로 내부로 증가되면서 공급된다. 도 2는 바를 형성하기 위하여 주된 스크랩 공급 물질이 다양한 지점에서 서로 용접된 스크랩 티타늄 기어인, 하나의 "바"의 현미경사진이다. 이러한 스크랩 공급 물질 바들은, 예를 들면, 약 30 인치 x 30 인치의 횡단면, 및 약 240 인치 길이일 수 있다. 분말화된 티타늄 산화물 모합금을 바에 첨가하는 것은 어렵다. 예를 들면, 이산화 티타늄 분말을 직접 다공성 바 위에 배치하거나 붓는 것은 스크랩 물질을 관통한 분말의 낙하 및 제조 구역의 오염을 가져온다.
본원발명의 한 비-제한적 양태에 따르면, 하나 이상의 미립자 모합금 및 결합 물질로 이루어진 긴 로드 또는 그밖의 다른 연장된 성형품이 제조될 수 있다. 단위 길이당 공지된 중량의 하나 이상의 미립자 모합금을 포함시키기 위한 성형품들이 제조될 수 있다. 막대를 제조하는 동안 특정 길이의 연장된 성형품이 도 2에 도시된 막대와 같은 티타늄 스크랩 물질 바에 포함되어, 막대는 막대의 티타늄 함량에 대하여 원하는 농도의 합금 재료들을 포함할 수 있으며, 성형품의 연장된 기하는 바의 길이를 따라 합금 첨가물을 적절하게 분배하는 것에 도움이 될 것이다. 비교적 높은 합금 원소들의 농도가 요구되는 경우, 복수의 길이들의 연장된 성형품들이 하나의 바에 포함될 수 있다. 또한, 용융될 특정 합금에 따라 합금 첨가제의 더욱 정밀한 첨가를 가능하게 하기 위하여, 연장된 성형품은 단위 길이 당 모합금의 중량을 여러가지로 다르게 하여 제조될 수 있다. 물론, 이러한 연장된 모합금/결합제 물품은 티타늄 합금의 제조에서 사용되는 것에 제한되지 않으며, 다른 합금의 제조에 사용하기 위해 그리고 적합한 그밖의 다른 용도를 위하여 개조될 수 있음을 이해하여야 할 것이다.
본원발명에 따른 연장된 미립자 모합금/결합제 성형품의 또다른 구체예는 준비된 공급 물질 표면의 전부 또는 일부 구역의 크기에 특유한 크기(길이×너비)의 쉬이트로서 제조될 수 있다. 예를 들면, 상기 언급되고 도 2에 도시된, 30 x 30 x 240 인치 바의 티타늄 공급 물질에 있어서, 미립자 이산화 티타늄 모합금을 포함하는 성형품은 약 30 x 240 x 1/8 인치 크기의 쉬이트 형태로 제조될 수 있으며, 상보적 크기의 30 x 240 인치 면의 티타늄 스크랩 바 위에 배치될 수 있다. 이러한 구체예에 대한 하나의 이점은 쉬이트-형상의 성형품은 막대의 기계적 강도에 기여하여 그에 의해 취급시 손상에 대한 막대의 내성을 개선시키게 된다는 점이다. 연장된 성형품이 로드 또는 쉬이트 형태의 스크랩 공급 물질의 바와 관련되어 있든지 아니든지 간에, 막대가 예를 들면, 전자 빔 건에 의해 점점 용융됨에 따라 성형품에 존재하는 이산화 티타늄 및 폴리머 또는 그밖의 다른 결합 물질 성분들이 실질적으로 고르게 용융하도록, 성형품은 막대 위에 또는 막대 내부에 배치된다. 이러한 경우에, 성형품에 있는 합금 첨가제들은 막대가 용융할 때, 균일하게 그리고 원하는 농도로, 생성된 용융 스트림 내부로 혼합할 것이다. 앞의 예에서와 같이, 비교적 얇은 쉬이트의 형상으로 제조된 성형품은 티타늄 합금 이욍의 합금의 제조에서 사용될 수 있다.
다음은 본원발명에 속하는 특정 성형품의 비-제한적 구체예의 몇몇 양태들을 설명하는 몇가지 실시예들이다. 다음의 실시예들은 성형품의 특정 구체예를 설명하 기 위한 것일 뿐, 어떠한 방식으로도 본원발명의 범위를 제한하고자 하는 것이 아님을 이해하여야 할 것이다. 또한, 본원발명에 포함되는 발명의 전체 범위는 본원에 첨부된 청구항에 의하여 더욱 잘 나타내어짐을 이해하여야 할 것이다.
실시예 1
본원발명에 따라 제조된 성형품의 한 구체예를 평가하기 위한 연구가 수행되었다. 출발 물질을 용융 및 주조하여 세 개의 버튼이 제조되었다. 제 1 실험 버튼 (버튼 #1)은 일반적으로 2 x 2 x 1/8 인치 크기를 가지는 800 그램의 ASTM 등급 2 티타늄 쉬이트 클립의 용융물로부터 주조되었다. 제 2 실험 버튼 (버튼 #2)은 800 그램의 동일한 티타늄 쉬이트 클립과 약 0.26 마이크로미터의 평균 입자 크기를 가지는 1 그램의 DuPont사 Ti-PURE® R-700 금홍석 이산화 티타늄 분말의 혼합물을 용융시켜 제조되었다. 제 3 실험 버튼 (버튼 #3)은 에틸렌 비닐 아세테이트 (EVA) 폴리머 결합제에 의하여 펠릿에서 결합된 이산화 티타늄 분말로부터 형성된 1 그램의 펠릿이 첨가된, 800 그램의 동일한 티타늄 쉬이트 클립으로부터 제조된 용융물로부터 제조되었다. 폴리머 제조업자로부터 수득한, 도 3에 도시된, 이산화 티타늄/EVA 결합제의 펠릿은 약 2 내지 약 10 mm 직경의 대략적인 구였으며, 약 70 중량%의 미립자 이산화 티타늄 그리고 이산화 티타늄 입자를 결합시키는 결합제로서 약 30 중량%의 EVA를 포함하였다.
본원발명에서 사용되는 펠릿화된 이산화 티타늄/EVA 물질은 플라스틱 사출 산업에서 사용하기 위한 백색 안료 첨가제로서 상업적으로 입수가능하다. 본원발명 의 발명자의 지식으로는, 이 물질은 금속 용융물을 합금하기 위하여 촉진, 판매 또는 제안된 바 없었다. 그러므로, 금속 용융물을 합금하기 위하여 제조된 이러한 물질은 공급되거나 판매된 바 없었다고 생각된다. 플라스틱 제조에서 백색 안료를 첨가하기 위하여 의도된 폴리머 결합제 및 이산화 티타늄을 포함하는 다양한 유형의 펠릿은 몇몇 대규모의 폴리머 제조업자들로부터 입수가능하다. 특정한 상기 백색 안료 펠릿은 본원에서 논의되는 결합 물질의 요구조건을 만족시키며, 본원에 기재된 금속 용융물 합금 방법에 따른 모합금/결합제 성형품으로서 사용될 수 있다. 그러나, 상업적으로 입수가능한 이산화 티타늄 폴리머 펠릿에서 이산화 티타늄 부하는 최적의 (전형적으로 약 70 중량% 이산화 티타늄) 부하보다 더 적다. 본원발명에 따라 제조되거나 사용되며, 유기 폴리머 결합 물질을 포함하는 성형품에서 더 높은 부하의 이산화 티타늄 또는 몇몇 다른 모합금이 바람직한데, 왜냐하면 이는 성형품의 탄소 농도를 감소시키기 때문이다. 상업적으로 입수가능한 이산화 티타늄/유기 폴리머 결합제 펠릿은 전형적으로 약 5 mm의 직경을 가지며, 예를 들면, 거의 동일한 크기를 가지는 금속 용융물 공급 원료와 잘 혼합되어야 한다. 그러나, 전형적인 티타늄 공급 원료는 직경이 약 50 mm이므로, 50 mm의 티타늄 공급 원료와 더욱 잘 혼합하기 위하여 상업적으로 구입가능한 5 mm 직경의 이산화 티타늄/유기 폴리머 펠릿을 더 큰 형상으로 형성하는 것이 바람직할 것이다. 상업적으로 구입가능한 이산화 티타늄/유기 폴리머 안료 펠릿의 제조업자들은 가능하면 본원에 개시된 합금 방법에서 모합금-함유 성형품으로서 사용하기 위한 바람직한 특성들을 가지며 맞춤 크기인 펠릿들을 수득하는 것을 고려할 수도 있을 것이다.
전형적인 티타늄 버튼 용융기가 버튼을 제조하기 위하여 사용되었다. 당해 분야에 공지된 바와 같이, 버튼 용융기는 기본적으로 비활성 환경에 에워싸인 용접 구역을 가지는 대규모 TIG 용접 유닛이다. 양의 압력의 아르곤 기체가 용접 구역에서 유지되며, 이는 대기의 산소와 질소에 의한 오염을 저해한다. 본 실시예에서 사용되는 버튼 용융기는 10 그램 내지 2 킬로그램 범위의 버튼을 용융시킬 수 있다. 용융될 물질과 함께 아크(arc)가 형성되고 용융 풀(molten pool)을 형성한다. 그 후 용융된 풀은 버튼으로 고화하고, 버튼 전체에 걸쳐 균일성을 확보하기 위하여 버튼은 다시 여러차례 뒤집혀 용융된다. 버튼은 냉각된 후 에어 락(air lock)을 통해 제거된다.
시료에 이산화 티타늄이 얼마나 잘 용해되는지 결정하기 위하여 버튼 #2와 #3을 용융하는 동안 물질을 관찰하였다. 또한 결합제가 분해하는 동안 수용할 수 없는 양의 산소 가스가 방출되었는지 여부를 평가하기 위하여, 버튼 #3을 관찰하였다. EVA는 CH2CHOOCCH3의 화학식 및 86의 원자량을 가진다. 유기 폴리머 물질은 56 중량%의 탄소, 26 중량%의 산소, 및 7 중량%의 산소이다. 공급 물질을 용유시키는데 사용되는 고온에서 분해할 때, 유리된 산소는 용융물을 용해시키며, 비교적 소량의 유리된 수소는 대부분 용융물 상부의 대기 중으로 날아간다. 결합제의 분해시 유리된 탄소는 용융물에 용해하며 티타늄을 합금시키는데, 이것은 티타늄의 강도를 증가시킨다.
본원발명에 따른 이산화 티타늄/유기 폴리머 성형품을 사용하여 티타늄을 합 금할 때 과량의 탄소가 용융물에 용해하지 않도록 확보하기 위하여, 바람직하게 티타늄을 합금하기에 충분한 산소를 포함하며 동시에 용융물 안으로 너무 많은 농도의 탄소를 유입시키지 않는 성형품을 선택하는 것이 바람직할 것이다. 그러므로, 30 중량%의 EVA를 포함하는 이산화 티타늄/유기 폴리머 결합제 모합금이 본 실시예에서 사용되었으나, 합금에의 탄소 첨가에 대한 내성을 그만큼 요하는 경우 대체 결합 물질이 사용될 수 있다. 이러한 대체 물질에는, 예를 들면, 왁스, 더 낮은 분자량의 유기 폴리머 결합제 농도 및/또는 EVA보다 더 낮은 탄소 함량을 가지는 유기 폴리머 결합제가 포함될 수 있다.
버튼 #3을 제조하기 위하여 물질을 용융시킬 때, 이산화 티타늄/결합제 펠릿 및 펠릿에 포함된 이산화 티타늄 분말은 용융물의 상부에서 떠있는 것이 전혀 관찰되지 않았다. 이러한 관찰결과는 펠릿에 포함된 이산화 티타늄 입자가 용융물에 완전히 흡수되었음에 대한 증거이다. 펠릿 중의 유기 폴리머는 까맣게 변한 것으로 관찰되었으며 결합제가 분해함에 따라 용융하는 동안 용융되었다. 결합제가 분해하는 동안 방출된 수소 기체의 양은 문제되는 것으로 생각되지 않았다. 버튼 #2를 제조하는 동안, 유사하게, 출발 물질 중의 이산화 티타늄 분말 입자 어느 것도 용융물의 상부에 떠있지 않음이 관찰되었다. 물론, 각각의 버튼을 형성하기 위하여 용융된 물질의 부피는 제한되며, 이산화 티타늄 분말의 용융물로의 불완전힌 혼입과 관계된 문제들은 더 높은 부피의 용융 물질들을 발생시키기 더욱 쉬운 것으로 생각된다.
아래의 표 1은 세 개의 실험 버튼에서 측정된 탄소, 산소 및 질소 농도를 보 여주며, 뿐만 아니라 버튼 #2와 #3에 대한 상기 원소들의 예상 농도도 보여준다. 예상된 농도들은 EVA 결합제에서 공지된 탄소 및 산소 농도 그리고 이산화 티타늄 분말에서 공지되어 있는 산소 농도에 기초하여 계산되었다.
물질 탄소 (중량%) 산소 (중량%) 질소 (중량%)
버튼 #1 (표준 Ti) 0.016 0.151 0.008
실제 화학특성의 버튼 #2 (Ti+ 분말 TiO2) 0.016 0.192 0.006
예상된 화학특성 버튼 #2 0.016 0.201 0.008
실제 화학특성의 버튼 #3 (Ti+ 분말 TiO2) 0.030 0.192 0.006
예상된 화학특성 버튼 #3 0.037 0.196 0.008
도 3에 도시된, 상업적으로 구입가능한 70 중량% 이산화 티타늄/EVA 펠릿이 본 실시예에서 사용되었다. 따라서, 본원발명은 또한, 본원발명에 따른 성형품의 조성 및 구조를 가지는 상업적으로 구입가능한 물질을 금속 용융물에서의 합금 첨가제로서 사용하는 방법을 발명으로 포함한다. 상기 언급한 바와 같이, 이러한 펠릿화된 물질은 금속 용융물을 위한 합금 첨가제로서 제공되거나 판매된 것이 아니라, 플라스틱 제조를 위한 안료 첨가제로서 판매되어 왔다고 생각된다. 또한, 본 실시예에서 미립자 마스터 이산화물/EVA 펠릿을 포함하는 펠릿의 구체예가 제조될 수 있거나 수득될 수 있음을 이해하게 될 것이다. 이러한 구체예는 예를 들면, 상이한 모합금 및/또는 상이한 결합 물질을 포함할 수 있으며, 이들은 상이한 형상 및/또는 크기일 수 있고, 다양한 기술들에 의하여 제조될 수 있다. 이러한 펠릿은 예를 들면, 압출 성형 또는 사출 성형 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 본원발명의 내용을 고려할 때 당업자에게는 그밖의 다른 사용가능한 기술 또한 자명할 것이다.
본원발명에 따라 펠릿 형상으로 제조된 성형품은 수많은 방식으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 펠릿은 로(furnace)안으로 혼합물을 도입하기 이전에 용융된 공급 물질과 균일하게 혼합될 수 있다. 또다른 가능한 기술에는 조합된 물질이 용융을 위하여 노에 유입하기 직전에 용융된 공급 원료와 동시적인 방식으로 로 안으로 직접 펠릿을 공급하는 것이 관계된다. 바람직하게는, 펠릿은, 펠릿과 공급 원료의 혼합을 개선시키기 위하여 펠릿이 첨가되는 공급 원료의 조각들과 유사한 크기 및/또는 밀도일 것이다.
실시예 2
본원발명의 범위에 속하는 성형품은 좁은 입자 크기 분포 및 0.26 마이크로미터의 평균 입자 직경을 가지는 DuPont사 Ti-PURE® 이산화 티타늄 분말을 사용하여 제조되었다. 사용된 결합 물질은 LDPE였다. 이산화 티타늄/결합제 혼합물이 성형품으로 성공적으로 압출될 수 있도록 하는 우수한 가능성을 제공하는 것으로 생각되는, 82 중량%의 이산화 티타늄 부하가 사용되었다. 또한, 비교적 적은 18 중량%의 결합제 함량은 성형품의 탄소 농도를 제한한다는 점에서 이로운 것으로 생각되었다. 이산화 티타늄과 LDPE 분말은 회전하는 실린더에서 약 4시간 동안 균일하게 혼합되었다. 혼합하는 동안, 공급 물질은 액화된 LDPE가 산화물 입자를 코팅하도록 하기 위하여 LDPE의 용융점 이상의 온도까지 가열되었다.
이산화 티타늄과 LDPE의 가열된 혼합물은 이후 압출되었다. 단일축 또는 이중축 압출기와 같은 임의의 적합한 압출 장치를 사용하여 압출이 실시되었다. 가열된 혼합물은 3 mm 또는 9 mm의 직경을 가지며 그 길이를 달리하는 압출된 실린더형 형상으로 압출되었다. 도 4는 본 실시예에 따라 제조된 3 mm 직경의 로드-형상의 실린더형 압출물들의 사진이다. 압출물들은 수많은 방식으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 코블 크기의 공급 원료에 첨가하기 위하여, 압출된 로드는 예를 들면, 최대 약 100 mm의 직경 및 최대 약 10 미터 길이의 긴 길이로 성형될 수 있다. 압출된 물질의 길이는 예를 들면, 약 10 내지 약 100 mm의 더 작은 길이들로 절단될 수 있으며, 공급 원료와 혼합될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 막대-형상의 공급 원료로 첨가하기 위하여, 압출된 로드는 약 300 내지 약 4000 mm의 길이로 절단될 수 있으며 상기 길이의 절단물들을 공급 원료 바 내부로 혼입시킴에 의하여 용융물에 첨가될 수 있다. 도 4에 도시된 성형품은 단순한 실린더형 형상이지만, 압출된 형상들은 본원에 개시된 모합금/결합제 혼합물로부터 성형된 형상들을 제조하기에 적합한 압출 장비 및 압출 다이를 사용하여 이루어질 수 있는 어떠한 크기 및 횡단면 형상이라도 가질 수 있음을 이해하여야 할 것이다. 압출을 위한 대안의 횡단면 형상의 비-제한적 예에는 직사각형 형상, 십자가 형상, 및 다수의 가지부를 포함하는 그밖의 다른 형상들이 포함된다. 또한, 도 4는 연장된 실린더형 형상을 도시하고 있으나, 이러한 형상은 적절한 장비를 사용하여 더욱 작은 길이들로, 또는 심지어 작은 조각들로도 절단될 수 있음을 이해하여야 할 것이다. 물론, 성형된 형상을 제조하기 위하여 압출 장비가 본 실시예에서 사용되었으나, 예를 들면, 다이 프레스, 사출 프레스, 및 펠릿팅 머신과 같은 다른 성형 장비가 사용될 수 있으며, 생성된 성형품은 적절한 형상으로 제조될 수 있다.
도 5는 본 실시예에서 제조된 압출된 실린더형 성형품 중 하나의 도식적 횡단면도이다. 성형품(100)은 연속적 매트릭스 상(112)의 LDPE 결합 물질 및 이러한 매트릭스 상 내부에 분포된 불연속적 상의 이산화 티타늄 입자(114)를 에워싸는 원주(110)를 포함한다. 결합제 상(112)은 이산화 티타늄 입자(114)를 함께 결합시키지만, 금속 용융물을 형성하기 위하여 높은 용융 온도가 될 때 분해하여 입자(114)를 유리시킨다. 매트릭스 상에서 이산화 티타늄 입자(114)의 보급(prevalence)은 성형품(100)의 단위 길이 당 모합금의 농도에 비례한다.
본 실시예에 따른 로드-형상의 성형품은 다음의 비-제한적 실시예를 포함하여, 다양한 방식으로 사용될 수 있다.
본 실시예의 로드-형상의 성형품은 짧은 길이로 절단될 수 있으며, 생성된 조각들은 다양한 기술을 사용하여 스크랩 또는 그밖의 다른 용융 공급 물질에 첨가될 수 있다. 예를 들면, 상기 언급한 바와 같이, 조합된 물질들이 로에 공급되기 이전에, 절단된 길이들은 공급 원료와 실질적으로 균일하게 혼합될 수 있다. 대안적으로, 절단된 길이들은 예를 들면, 예정된 계량 비율로 스크랩 물질에 자동적으로 첨가하도록 하기 위하여 모합금 빈(bin)을 통해 공급될 수 있거나, 절단된 길이들은 조합된 물질들이 로에 유입하여 용융하기 시작하기 이전에 공급 원료와 동시적인 방식으로 로에 직접 공급될 수 있다. 절단된 길이들은 바람직하게는, 조합된 물질들이 취급되거나 부딪칠 때 균일한 혼합을 촉진하고 분리를 저해하기 위하여 크기 지어질 수 있다. 예를 들면, 본원발명에 따른 미립자 이산화 티타늄 및 LDPE 결합제의 3 mm 또는 9 mm 압출물들은 일정 길이로 절단될 수 있으며, 그 조각들은 티타늄 스폰지 및/또는 코블에 첨가되어 트윈 콘 믹서(twin cone mixer) 또는 그밖의 다른 적합한 혼합 장치에서 함께 혼합될 수 있다. 티타늄 스폰지 및/또는 코블 조각들이 예를 들면, 대략 2 내지 4 인치인 경우, 이 때 9 mm 직경의 로드-형상의 성형품은 대략 4 인치의 길이들로 절단될 수 있다. 또는 티타늄 스폰지 및/또는 코블 조각들이, 예를 들면, 대략 0.1 인치 내지 2 인치인 경우, 이 때 3 mm 또는 9mm 로드-형상의 성형품은 대략 0.5 인치의 길이로 절단될 수 있다. 이러한 비-제한적 조합들은 균일한 혼합을 촉진시키고 또한 차후의 분리를 저해하는 것으로 보인다.
또한 본 실시예에 따른 로드-형상의 성형품은 수-피트의 길이로 절단되어 도 2에 도시된 막대와 같은, 스크랩 고체로부터 제조된 바에 첨가될 수 있다. 이 길이들은 막대의 전체 길이에 배치되거나 바의 필요한 구역 또는 영역에만 배치될 수 있다. 예를 들면, 본 실시예에서 제조된 미립자 이산화 티타늄 및 LDPE 결합제의 3 mm 및/또는 9 mm 압출물은 5 내지 20 피트 길이로 절단되어, 티타늄 합금 제조에서 사용되는 바 형태의 티타늄 스크랩 고체에 포함될 수 있다.
상기 언급한 바와 같이, 본원에 설명된 성형품의 특정 실시예들은 첨부된 청구항의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다. 예를 들면, 성형품은 본원에 특별히 언급되지 않은 다양한 형태로 제조될 수 있다. 상기 설명은 본원발명의 제한된 수의 구체예들을 나타내었으나, 본원발명의 본질을 설명하기 위하여 본원에 설명되고 도시된 실시예의 성분, 조성, 상세, 물질, 및 공정 변수들에 있어서 다양한 변화들이 당업자에 의해 이루어질 수 있다는 점과 모든 이러한 변형들은 본원에 설명되고 첨부된 청구범위에 표현된 발명의 원리 및 범위에 속한다는 점을 당업자는 이해할 것이다. 또한 본원발명의 넓은 개념으로부터 벗어나지 않고 상기 설명한 구체예들에 대하여 변화를 줄 수 있다는 점을 당업자는 이해할 것이다. 그러므로, 본원발명은 개시된 특정 구체예에 제한되지 않으며, 청구범위에 정의되는 본원발명의 원리 및 범위에 속하는 변형들을 포함하고자 함을 이해하여야 한다.

Claims (46)

  1. 금속 용융물에 합금을 첨가하기 위한, 다음을 포함하는 성형품:
    적어도 하나의 모합금 입자; 및
    성형품에서 상기 모합금 입자를 결합시키는 결합 물질, 여기서 결합 물질은 성형품이 500°F 보다 큰 예정된 온도까지 가열될 때 형태를 변화하며 모합금 입자로부터 유리됨.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 모합금 입자는 티타늄, 티타늄 화합물, 니켈, 니켈 화합물, 몰리브덴, 몰리브덴 화합물, 팔라듐, 팔라듐 화합물, 알루미늄, 알루미늄 화합물, 바나듐, 바나듐 화합물, 주석, 주석 화합물, 크롬, 크롬 화합물, 철, 철 산화물, 및 철 화합물로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함함을 특징으로 하는 성형품.
  3. 제 1항에 있어서, 적어도 하나의 모합금 입자는 이산화 티타늄을 포함함을 특징으로 하는 성형품.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 성형품은 예정된 밀도, 예정된 형상, 및 예정된 크기 중 적어도 하나를 가짐을 특징으로 하는 성형품.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 성형품은 펠릿, 스틱, 로드, 막대, 곡선 형상, 별 형상, 가지 형상, 다면체, 파라볼라, 원뿔, 실린더, 구, 타원체, 다수의 돌출부를 포함하는 형상, 다수의 곡면을 포함하는 형상, 다수의 각을 포함하는 형상, 잭(jack) 형상, 쉬이트, 및 직각 형상으로 구성되는 그룹에서 선택된 형상을 가짐을 특징으로 하는 성형품.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 성형품은 100 mm 이하의 직경을 가짐을 특징으로 하는 성형품.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 성형품은 이산화 티타늄을 포함하며 3 mm 이하의 직경을 가짐을 특징으로 하는 성형품.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 성형품은 이산화 티타늄을 포함하며 1 mm 이하의 직경을 가짐을 특징으로 하는 성형품.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 결합 물질은 적어도 하나의 유기 폴리머를 포함함을 특징으로 하는 성형품.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 결합 물질은 열가소성 폴리머, 열경화성 폴리머, 에틸렌 비닐 아세테이트, 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 유레 아 포름알데히드, 및 포름알데히드 화합물로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나의 유기 폴리머임을 특징으로 하는 성형체.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 결합 물질은 5% 이상 60 중량% 이하의 유기 폴리머를 포함함을 특징으로 하는 성형체.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 모합금 입자들은 이산화 티타늄이고, 또한 결합 물질은 18 중량% 이상의 유기 폴리머를 포함함을 특징으로 하는 성형체.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 성형품은 공지된 탄소 함량을 가짐을 특징으로 하는 성형체.
  14. 다음 단계를 포함하며, 금속 용융물을 합금하기 위한 물품 제조 방법:
    모합금 입자 및 결합 물질을 포함하는 실질적으로 균일한 혼합물을 제공하는 단계; 및
    상기 혼합물의 적어도 일부로부터 물품을 성형하는 단계, 물품은 결합 물질에 의해 성형품에 결합된 모합금 입자를 포함하며;
    상기 결합 물질은 500°F 보다 큰 예정된 온도까지 가열될 때 형태를 변화하며 모합금 입자를 유리시킴을 특징으로 하는,
    금속 용융물을 합금하기 위한 물품 제조 방법.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 모합금 입자는 티타늄, 티타늄 화합물, 니켈, 니켈 화합물, 몰리브덴, 몰리브덴 화합물, 팔라듐, 팔라듐 화합물, 알루미늄, 알루미늄 화합물, 바나듐, 바나듐 화합물, 주석, 주석 화합물, 크롬, 크롬 화합물, 철, 철산화물, 및 철 화합물로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함함을 특징으로 하는, 금속 용융물을 합금하기 위한 물품 제조 방법.
  16. 제 14항에 있어서, 상기 결합 물질은 적어도 하나의 유기 폴리머를 포함함을 특징으로 하는, 금속 용융물을 합금하기 위한 물품 제조 방법.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 방법은 혼합물의 적어도 일부로부터 물품을 성형하기 전 및 성형함과 동시에 적어도 하나의 혼합물을 가열하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는, 금속 용융물을 합금하기 위한 물품 제조 방법.
  18. 제 16항에 있어서, 상기 유기 폴리머는 열경화성 폴리머이고, 또한 물품을 성형하는 단계는 폴리머를 경화시키는 것을 포함함을 특징으로 하는, 금속 용융물을 합금하기 위한 물품 제조 방법.
  19. 제 14항에 있어서, 상기 물품은 펠릿, 스틱, 로드, 막대, 곡선 형상, 별 형상, 가지 형상, 다면체, 파라볼라, 원뿔, 실린더, 구, 타원체, 다수의 돌출부를 포 함하는 형상, 다수의 곡면을 포함하는 형상, 다수의 각을 포함하는 형상, 잭 형상, 쉬이트, 및 직각 형상으로 구성되는 그룹에서 선택된 형상을 가짐을 특징으로 하는, 금속 용융물을 합금하기 위한 물품 제조 방법.
  20. 제 14항에 있어서,상기 물품은 예정된 밀도, 예정된 형상, 및 예정된 크기 중 적어도 하나를 가짐을 특징으로 하는, 금속 용융물을 합금하기 위한 물품 제조 방법.
  21. 제 14항에 있어서, 상기 물품은 100 mm 이하의 직경을 가짐을 특징으로 하는, 금속 용융물을 합금하기 위한 물품 제조 방법.
  22. 제 14항에 있어서, 상기 물품은 이산화 티타늄을 포함하며, 3 mm 이하의 직경을 가짐을 특징으로 하는, 금속 용융물을 합금하기 위한 물품 제조 방법.
  23. 제 14항에 있어서, 상기 물품은 이산화 티타늄을 포함하며 1 mm 이하의 직경을 가짐을 특징으로하는, 금속 용융물을 합금하기 위한 물품 제조 방법.
  24. 제 16항에 있어서, 상기 유기 폴리머는 열가소성 폴리머, 열경화성 폴리머, 에틸렌 비닐 아세테이트, 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 유레아 포름알데히드, 및 포름알데히드 화합물로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하 나의 물질임을 특징으로 하는, 금속 용융물을 합금하기 위한 물품 제조 방법.
  25. 제 14항에 있어서, 상기 물품은 5 중량% 이상 60 중량% 이하의 유기 폴리머를 포함함을 특징으로 하는, 금속 용융물을 합금하기 위한 물품 제조 방법.
  26. 제 16항에 있어서, 상기 모합금 입자는 이산화 티타늄이며, 또한 18 중량% 이상의 유기 폴리머를 포함함을 특징으로 하는, 금속 용융물을 합금하기 위한 물품 제조 방법.
  27. 제 14항에 있어서, 상기 물품은 공지된 탄소 농도를 가짐을 특징으로 하는, 금속 용융물을 합금하기 위한 물품 제조 방법.
  28. 제 14항에 있어서, 상기 혼합물의 적어도 일부로부터 물품을 성형하는 단계는 주조, 다이 성형, 압출, 사출 성형, 펠릿팅, 및 필름 압출로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나의 기술을 포함함을 특징으로 하는, 금속 용융물을 합금하기 위한 물품 제조 방법.
  29. 다음을 포함하는, 합금 제조 방법:
    예정된 양의 모합금을 포함하는 물질로부터 용융물을 제조하는 단계, 여기서 상기 모합금은, 500°F 보다 큰 예정된 온도에서 분해하며 모합금의 입자를 방출하 는 결합물질에 의해, 적어도 하나의 성형품으로 결합되는 입자 형태의 모합금임.
  30. 제 29항에 있어서, 상기 모합금 입자는 티타늄, 티타늄 화합물, 니켈, 니켈 화합물, 몰리브덴, 몰리브덴 화합물, 팔라듐, 팔라듐 화합물, 알루미늄, 알루미늄 화합물, 바나듐, 바나듐 화합물, 주석, 주석 화합물, 크롬, 크롬 화합물, 철, 철 산화물, 및 철 화합물 중 적어도 하나를 포함함을 특징으로 하는, 합금 제조 방법.
  31. 제 29항에 있어서, 상기 용융물을 제조하는 단계는 다음을 포함함을 특징으로 하는, 합금 제조 방법:
    복수의 성형품 및 잔류물을 포함하는 실질적 균일 혼합물을 제공하는 단계; 및
    상기 균일 혼합물의 적어도 일부를 예정된 온도 이상의 온도까지 가열하는 단계.
  32. 제 29항에 있어서, 상기 용융물을 제조하는 단계는 적어도 하나의 형상의 물품을 나머지 물질의 적어도 일부로 공급함과 동시에 물질을 가열하는 단계를 포함함을 특징으로 하는, 합금 제조 방법.
  33. 제 29항에 있어서, 상기 용융물을 제조하는 단계는 조합된 물질들을 용융시키기 이전에 복수의 성형품을 나머지 물질들의 적어도 일부의 스트림에 제어된 방 식으로 첨가하는 단계를 포함함을 특징으로 하는, 합금 제조 방법.
  34. 제 29항에 있어서, 상기 성형품은 예정된 크기, 예정된 형상, 및 예정된 밀도 중 적어도 하나를 가짐을 특징으로 하는, 합금 제조 방법.
  35. 제 29항에 있어서, 상기 결합 물질은 적어도 하나의 유기 폴리머를 포함함을 특징으로 하는, 합금 제조 방법.
  36. 제 33항에 있어서, 상기 유기 폴리머는 예정된 온도까지 가열될 때 분해하며, 용융물 내부로 흡수되는 탄소, 산소 및 질소 중 적어도 하나를 유리시킴을 특징으로 하는, 합금 제조 방법.
  37. 제 35항에 있어서, 상기 합금은 티타늄 합금임을 특징으로 하는, 합금 제조 방법.
  38. 제 37항에 있어서, 상기 물질은 티타늄 코블 및 티타늄 스폰지 중 적어도 하나를 포함함을 특징으로 하는, 합금 제조 방법.
  39. 제 29항에 있어서, 상기 성형품은 펠릿, 스틱, 로드, 막대, 곡선 형상, 별 형상, 가지 형상, 다면체, 파라볼라, 원뿔, 실린더, 구, 타원체, 다수의 돌출부를 포함하는 형상, 다수의 곡면을 포함하는 형상, 다수의 각을 포함하는 형상, 잭 형상, 쉬이트, 및 직각 형상으로 구성되는 그룹에서 선택된 형상을 가짐을 특징으로 하는, 합금 제조 방법.
  40. 제 29항에 있어서, 상기 모합금의 입자는 100 mm 이하의 직경을 가짐을 특징으로 하는, 합금 제조 방법.
  41. 제 29항에 있어서, 상기 모합금 입자는 3 mm 이하의 직경을 가짐을 특징으로 하는, 합금 제조 방법.
  42. 제 29항에 있어서, 상기 모합금 입자는 1 mm 이하의 직경을 가짐을 특징으로 하는, 합금 제조 방법.
  43. 제 35항에 있어서, 상기 유기 폴리머는 열가소성 폴리머, 열경화성 폴리머, 에틸렌 비닐 아세테이트, 폴리에틸렌, LDPE, HDPE, 유레아 포름알데히드, 및 포름알데히드 화합물로 구성되는 그룹에서 선택된 적어도 하나의 물질임을 특징으로 하는, 합금 제조 방법.
  44. 제 35항에 있어서, 상기 성형품은 5 이상 60 중량% 이하의 유기 폴리머 결합 물질을 포함함을 특징으로 하는, 합금 제조 방법.
  45. 제 35항에 있어서, 상기 성형품은 공지된 농도의 탄소 및 티타늄을 가짐을 특징으로 하는, 합금 제조 방법.
  46. 다음을 포함하는, 금속 용융물의 원소 조성의 조절방법:
    적어도 하나의 유기 폴리머에 의해 서로 결합되는 모합금 입자를 포함하는 적어도 하나의 성형품 형태로 예정된 양의 모합금을 용융물에 포함하는 것, 여기서 모합금은 티타늄, 티타늄 화합물, 니켈, 니켈 화합물, 몰리브덴, 몰리브덴 화합물, 팔라듐, 팔라듐 화합물, 알루미늄, 알루미늄 화합물, 바나듐, 바나듐 화합물, 주석, 주석 화합물, 크롬, 크롬 화합물, 철, 철 산화물, 및 철 화합물 중 적어도 하나를 포함함.
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