KR20110010987A - 고속 기계적 밀링장치를 이용한 나노 세라믹 분산강화 합금/금속 분말의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 나노 세라믹 분산강화 합금/금속 분말 - Google Patents

고속 기계적 밀링장치를 이용한 나노 세라믹 분산강화 합금/금속 분말의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 나노 세라믹 분산강화 합금/금속 분말 Download PDF

Info

Publication number
KR20110010987A
KR20110010987A KR1020090068395A KR20090068395A KR20110010987A KR 20110010987 A KR20110010987 A KR 20110010987A KR 1020090068395 A KR1020090068395 A KR 1020090068395A KR 20090068395 A KR20090068395 A KR 20090068395A KR 20110010987 A KR20110010987 A KR 20110010987A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
powder
alloy
metal powder
ceramic
nano
Prior art date
Application number
KR1020090068395A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101101243B1 (ko
Inventor
이창규
홍성모
박진주
이민구
최희진
이상훈
이정구
Original Assignee
한국원자력연구원
한국수력원자력 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국원자력연구원, 한국수력원자력 주식회사 filed Critical 한국원자력연구원
Priority to KR1020090068395A priority Critical patent/KR101101243B1/ko
Publication of KR20110010987A publication Critical patent/KR20110010987A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101101243B1 publication Critical patent/KR101101243B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/10—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material
    • B22F1/105—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material containing inorganic lubricating or binding agents, e.g. metal salts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • B22F2009/043—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling by ball milling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2201/00—Treatment under specific atmosphere
    • B22F2201/10—Inert gases
    • B22F2201/11—Argon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2201/00—Treatment under specific atmosphere
    • B22F2201/20—Use of vacuum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2303/00—Functional details of metal or compound in the powder or product
    • B22F2303/15—Intermetallic

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Abstract

본 발명은 Ni계 또는 Fe계 금속분말, 및 세라믹 분말을 혼합하는 단계(단계 1); 및 상기 단계 1에서 제조된 혼합분말을 접촉회전식 고속 밀링장치 내의 회전용기에 강구와 함께 투입한 후 진공 또는 아르곤분위기에서 회전축을 800 - 1200 rpm으로 회전시키고 회전용기는 회전축의 회전속도와 회전용기 반경에 따라 그 회전속도가 정해지는 것으로 약 2000 - 2900 rpm이며 회전축의 회전방향과 반대방향으로 회전하게 되며, 30 - 70 분의 짧은 시간 동안 밀링하는 단계(단계 2)를 포함하는 고속 기계적 밀링장치를 이용하여 단시간내 나노 세라믹 분산강화 합금/금속 분말을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 고회전속도 및 고에너지의 볼밀장비를 사용함으로써, Ni-Cr, Ni-Fe, Ni-Al, Ni-Ti, Ni-Co, Ni-Mo, Ni-Si, Ni-W, Ni-Ta, Ni-Zr, Ni-C, Ni-N 계 및 Fe-Cr, Fe-Ni, Fe-Al, Fe-Ti, Fe-Co, Fe-Mo, Fe-Si, Fe-W, Fe-Ta, Fe-Zr, Fe-C, Fe-N 계 등의 2원 합금계를 비롯하여 3원계 또는 그 이상의 합금 원소들의 기계적 합금화가 가능하고, Y2O3, Al2O3, ThO2, SiC, TiC, TiN, TiCN, NbC, WC, B4C, BN 등의 다양한 세라믹 분말을 나노 크기로 미세화하고 이를 금속 또는 합금 기지 내 균일하게 분산시켜, 나노 세라믹 분산강화 합금/금속 분말을 제조함으로써, 단시간에 균일하고 미세한 합금분말을 제조하는데 유용하게 이용할 수 있다.
금속분말, 세라믹 분말, 접촉회전식, 세라믹 분산강화 합금/금속 분말

Description

고속 기계적 밀링장치를 이용한 나노 세라믹 분산강화 합금/금속 분말의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 나노 세라믹 분산강화 합금/금속 분말{The preparing method of alloy/metal powder dispersed with nano ceramic using the high-speed milling machine and the resultant alloy/metal powder dispersed with nano ceramic}
본 발명은 고속 기계적 밀링장치를 이용한 나노 세라믹 분산강화 합금/금속 분말의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 나노 세라믹 분산강화 합금/금속 분말에 관한 것이다.
기계적 합금화(mechanical alloying, 이하 "MA") 방법은 1960년대에 가스터빈용 Ni기 초내열 합금의 석출강화와 고온에서의 미세산화물에 의한 분산강화 효과를 동시에 얻기 위하여 응용되었다(J.S.Benjamin, R.D.Schelleng, Metall.Trans., 12A (1981) 1827). MA방법은 합금 성분원소의 분말들을 고에너지의 볼밀링장치를 이용함으로써 분말들을 연속적으로 냉간압접(cold welding)과 파괴(fracture)의 과 정을 반복시켜 균일하고 미세한 합금 상의 복합금속분말을 제조하는 분말야금의 합금기술 방법이다(C.Suryanarayana, Prog.Mater.Sci., 46 (2001) 1-184). 이러한 MA방법은 합금화가 되기 어려운 원소를 혼합하여 미세한 분산상으로 얻을 수 있으며, 성분원소의 합금화와 분산처리가 액상이 아닌 고상반응으로 이루어지므로 급냉응고 및 용해주조 기술에 비해 매우 균일하며 우수한 조직적 특성을 기대할 수 있다. 또한, 미세한 산화물을 균일하게 분산시킬 수 있으므로 소량의 산화물 첨가로 매우 효율적으로 결정립 미세화와 분산 및 고용 강화 효과를 얻을 수 있다.
금속-금속 합금화의 경우, 최근 볼밀링을 이용한 MA방법을 사용하여 재료의 기계적, 물리적 특성을 향상시키기 위한 연구가 다양한 분야에서 활발히 진행되고 있다.
예를 들어, 대표적 MA 소재 제조 기업인 미국의 Inco사의 경우 Fe계 초내열 합금인 MA956의 제조를 위해 원료 분말을 장입하고 Ar 분위기하에서 약 30시간 이상 기계적 합금화를 행하고 있으며, 문헌상의 연구 보고에 의하면, Ni-Cr계 합금제조를 위해 스펙스밀(SPEX mill)을 이용하여 약 14 시간까지 기계적 합금화를 진행하여 합금화를 완료하였고(A.N.Streletskii, T.H.Courtney, Mater, Sci and Eng.A., 282 (2000) 213), Ni-Cr-Fe계 합금의 경우에도 분쇄기(attritor)를 이용하여 320 rpm에서 약 30 시간까지 밀링한 후 합금화된 분말의 특성이 보고된 바 있다(I.H.Kim, W.L.Lee, S.H.Ko, J.Kor.Powd.Met.Ins., 15 (2008) 23). 이와 같이, 종래의 기계적 합금화 공정에서는 일반적으로 분쇄기(attritor), 유성볼 밀(planetary ball mill), 스펙스 밀(spex mill) 등의 밀링 기술들을 사용하여 왔으나, 이러한 기술들은 밀링속도가 낮고 그에 따른 강구의 충격 에너지도 낮아 균일한 합금화를 위해 밀링을 수십 시간까지 장시간 진행해야 하는 문제가 있다.
또한, 세라믹의 나노 복합화 기술의 경우, 기존의 MA 방법으로는 기술적으로 조대한 세라믹 입자의 나노 크기로의 미세화가 어려워 고가의 나노 세라믹 분말 (수십 ㎚)을 금속이나 합금 기지 내에서 장시간 밀링하여 분산강화 합금 분말을 제조하고 있다.
예를 들어, 원전부품 적용을 위한 산화물 분산강화 페라이트 강 제조를 위해 20 ㎚ 정도의 Y2O3 분말과 Fe-Cr 혼합 분말을 이용하여 분쇄기(attritor) 내에서 220 rpm의 속도로 48시간 동안 기계적 합금화를 수행한 결과가 보고되었으며(S. Ukai, S. Mizuta, T. Yoshitake, T. Okuda, M. Fujiwara, S. Hagi, T. Kobayashi, J. Nuclear Materials, 283-287 (2000) 702), Fe-Ni-Cr 3원계 합금강에 대하여 20 ㎚ 크기의 Y2O3 분말을 분산시키기 위하여 유성볼밀(Retsch PM200)을 이용하여 500 rpm에서 16 시간 동안 기계적 합금화를 수행한 것이 보고된바 있다(M.P. Phaniraj, D.I. Kim, J.H. Shim, Y.W. Cho, Acta Materialia, 57 (2009) 1856).
그러나, 종래 대부분의 볼밀링 공정은 밀링속도 및 밀링에너지가 낮아서 균일한 합금화를 위해서는 밀링을 수십 시간까지 장시간 진행해야 하는 비효율적인 점과 장시간의 합금화 공정 동안 분말용기의 온도가 약 100 - 220 ℃까지 크게 상승하는 점 등의 문제가 있다. 또한, 산화물 분산강화 합금과 같은 나노 세라믹 복합 소재 제조시, 초기 세라믹 원료 분말을 고가의 수십 나노크기 분말들을 이용해야 함으로써 유발되는 제조비용 상승 및 그에 따른 고가의 소재 단가로 인해 다양한 부품 소재 산업으로의 적용이 어려운 문제가 있다.
이에, 본 발명자들은 높은 밀링속도 및 고에너지의 밀링 기술을 적용함으로써, 종래의 밀링공정에 비해 단시간에 금속-금속 합금화와 세라믹 분말의 나노 복합화를 동시에 구현할 뿐만 아니라, 매우 균일하고 미세한 조직을 갖는 나노 세라믹 분산강화 합금/금속 분말을 제조하는 방법을 개발하고, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 고속 기계적 밀링장치를 이용한 나노 세라믹 분산강화 합금/금속 분말의 제조방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 균일한 나노 세라믹 분산강화 합금/금속 분말을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 Ni계 또는 Fe계 금속분말, 및 세라믹 분말을 혼합하는 단계(단계 1); 및 상기 단계 1에서 제조된 혼합분말을 접촉회전식 고속 밀링장치 내의 회전용기에 강구와 함께 투입한 후 진공 또는 아르곤분위기에서 회전축을 800 - 1200 rpm으로 회전시키고 회전용기는 2000 - 2900 rpm으로 회전축의 회전방향과 반대방향으로 회전되어, 30 - 70 분의 짧은 시간 동안 밀링하는 단계(단계 2)를 포함하는 고속 기계적 밀링장치를 이용하여 단시간내 나노 세라믹 분산강화 합금/금속 분말을 제조하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 균일하고 미세한 나노 세라믹 분산강화 합금/금속 분말을 제공한다.
본 발명은 고회전속도 및 고에너지의 볼밀장비를 사용함으로써, Ni-Cr, Ni- Fe, Ni-Al, Ni-Ti, Ni-Co, Ni-Mo, Ni-Si, Ni-W, Ni-Ta, Ni-Zr, Ni-C, Ni-N 계 및 Fe-Cr, Fe-Ni, Fe-Al, Fe-Ti, Fe-Co, Fe-Mo, Fe-Si, Fe-W, Fe-Ta, Fe-Zr, Fe-C, Fe-N 계 등의 2원 합금계를 비롯하여 3원계 또는 그 이상의 합금 원소들의 기계적 합금화가 가능하고, Y2O3, Al2O3, ThO2, SiC, TiC, TiN, TiCN, NbC, WC, B4C, BN 등의 다양한 세라믹 분말을 나노 크기로 미세화하고 이를 금속 또는 합금 기지 내 균일하게 분산시켜, 나노 세라믹 분산강화 합금/금속 분말을 제조함으로써, 단시간에 균일하고 미세한 합금분말을 제조하는데 유용하게 이용할 수 있다.
본 발명은 Ni계 또는 Fe계 금속분말, 및 세라믹 분말을 혼합하는 단계(단계 1); 및
상기 단계 1에서 제조된 혼합분말을 접촉회전식 고속 밀링장치 내의 회전용기에 강구와 함께 투입한 후 진공 또는 아르곤분위기에서 회전축은 800 - 1200 rpm으로 회전시키고 회전용기는 2000 - 2900 rpm으로 회전축의 회전방향과 반대방향으로 회전되어, 30 - 70 분의 짧은 시간 동안 밀링하는 단계(단계 2)를 포함하는 고속 기계적 밀링장치를 이용하여 단시간내 나노 세라믹 분산강화 합금/금속 분말을 제조하는 방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 단계별로 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 상기 단계 1은 Ni계 또는 Fe계 금속분말, 및 세라믹 분말을 혼합하는 단계이다.
상기 단계 1의 Ni계 금속분말은 Ni과 합금화가 가능한 금속과의 2원계 이상의 합금을 사용할 수 있고, 상기 Ni과 합금화가 가능한 금속은 Cr, Fe, Al, Ti, Co, Mo, Si, W, Ta, Zr, C 및 N 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 단계 1의 Fe계 금속분말은 Fe과 합금화가 가능한 금속과의 2원계 이상의 합금을 사용할 수 있고, 상기 Fe과 합금화가 가능한 금속은 Cr, Ni, Al, Ti, Co, Mo, Si, W, Ta, Zr, C 및 N 등을 사용할 수 있다.
나아가, 상기 단계 1의 세라믹 분말은 Y2O3, Al2O3, ThO2, SiC, TiC, TiN, TiCN, NbC, WC, B4C 및 BN 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 단계 1의 Ni계 금속을 구성하는 Ni과, 상기 Ni과 혼합되는 금속, 및 이들과 혼합되는 세라믹 분말의 크기는 각각 1 - 100 ㎛, 1 - 100 ㎛ 및 1 - 200 ㎛인 것이 바람직하다. 만약, Ni계 금속을 구성하는 Ni과 상기 Ni과 혼합되는 금속분말의 크기가 1 ㎛ 미만인 경우에는 원료 소재 비용이 증가하며, 균일한 합금화 분말을 제조할 수 없는 문제가 있고, 100 ㎛를 초과하는 경우에는 합금화 공정 시간이 길어지는 문제가 있다. 나아가, 세라믹 분말의 크기가 1 ㎛ 미만인 경우에는 원료 소재 비용이 증가하며, 균일한 합금화 분말을 제조할 수 없는 문제가 있고, 200 ㎛를 초과하는 경우에는 나노화 및 균일 분산화를 위한 공정 시간이 길어 지는 문제가 있다.
또한, 상기 단계 1의 Fe계 금속을 구성하는 Fe과, 상기 Fe과 혼합되는 금속, 및 이들과 혼합되는 세라믹 분말의 크기는 각각 1 - 100 ㎛, 1 - 100 ㎛ 및 1 - 200 ㎛인 것이 바람직하다. 만약, Fe계 금속을 구성하는 Fe과 상기 Fe과 혼합되는 금속분말의 크기가 1 ㎛ 미만인 경우에는 원료 소재 비용이 증가하며, 균일한 합금화 분말을 제조할 수 없는 문제가 있고, 100 ㎛를 초과하는 경우에는 합금화 공정 시간이 길어지는 문제가 있다. 또한, 세라믹 분말의 크기가 1 ㎛ 미만인 경우에는 원료 소재 비용이 증가하며, 균일한 합금화 분말을 제조할 수 없는 문제가 있고, 200 ㎛를 초과하는 경우에는 나노화 및 균일 분산화를 위한 공정 시간이 길어지는 문제가 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 상기 단계 2는 상기 단계 1에서 제조된 혼합분말을 접촉회전식 고속 밀링장치내의 회전용기에 강구와 함께 투입한 후 진공 또는 아르곤분위기에서 밀링하는 단계이다.
상기 밀링은 도 1에 나타낸 접촉회전식 고속 밀링장치를 이용하여 수행될 수 있다. 상기 밀링장치는 회전축(shaft, 6)이 공전할 때 분말용기(4)가 챔버(5) 내부 가이드(guide) 벽면(3)과 회전축의 반대방향으로 고속회전을 하게 된다. 이때, 용기(4) 내부에서는 강구와 분말들이 회전축의 회전에 의한 원심력으로 인해 용기벽면에 위치하게 되고, 용기벽면-강구-분말 사이의 마찰력에 의해 강구가 용기(4)의 자전방향으로 최적의 타격지점(도 1의 (c) P지점)까지 이동한 후 바로 반대쪽 용기 벽면에 부딪히면서 분말들을 정확하고 용이하게 타격하게 되는데, 이들의 반복적인 충돌 및 타격에 의해 균일하고 미세한 합금분말을 제조할 수 있다. 또한, 상기 단계 2의 회전용기는 밀링 중 불순물의 영향을 최소화하기 위해 열처리 특수강(SKD11)인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
나아가, 상기 단계 2의 회전용기 내 볼과 분말의 중량비는 10-20:1인 것이 바람직하다. 만약, 상기 볼의 중량비가 10 미만인 경우에는 분말을 분쇄하는 볼의 수가 적어 합금분말이 균일하고 미세하게 제조되지 못하는 문제가 있고, 20을 초과하는 경우에는 볼과의 마찰 비율이 높아 회전용기의 내부온도가 상승하여 밀링 효과가 저하되고, 그에 따라 분말의 회수율이 저하될 수 있는 문제가 있다.
상기 단계 2의 밀링은 회전축이 800 - 1200 rpm으로 회전시키고 회전용기는 회전축의 회전속도와 회전용기 반경에 따라 그 회전속도가 정해지는 것으로, 2000 - 2900 rpm 범위로 회전되며, 30 - 70 분 동안 수행하는 것이 바람직하다. 만약, 상기 회전축의 속도가 800 rpm 미만인 경우에는 분말을 합금화하고, 세라믹 분말을 나노화 하는데 걸리는 공정시간이 길어지는 문제가 있고, 1200 rpm을 초과하는 경우에는 장비의 균형, 안정성 및 내구성이 저하되는 문제가 있다. 나아가, 상기 밀링시간이 30 분 미만인 경우에는 금속분말간 완전한 고용 및 합금화가 이루어지지 않아 합금분말을 형성하지 못할 뿐만 아니라, 세라믹의 나노 분산화가 어려워 균일한 나노 세라믹 분산 강화 합금/금속 분말의 제조가 어려운 문제가 있고, 70 분을 초과하는 경우에는 이미 최종 나노 세라믹 분산 강화 합금/금속 분말이 제조된 이후이므로 공정시간을 단축하는 에너지 효율의 측면에서 70 분 이하인 것이 바람직 하다.
또한, 본 발명은 상술한 제조방법에 의해 제조되는 균일하고 미세한 조직을 갖는 나노 세라믹 분산강화 합금/금속 분말을 제공한다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
<실시예 1> Ni-Cr-Y2O3 나노 세라믹 분산강화 합금분말의 제조
단계 1: Ni과 Cr 금속분말 및 세라믹 분말을 혼합하는 단계
약 50 ㎛의 크기를 갖는 순도 99%의 Ni과 Cr 금속분말 및 약 70 ㎛의 크기를 갖는 순도 99.999%의 Y2O3 세라믹 분말을 Ni-Cr-Y2O3의 조성비가 약 78:20:2 중량%로 첨가하여 3차원 혼합기로 균일하게 혼합하였다.
단계 2: 상기 단계 1에서 제조된 혼합분말을 회전용기에 투입한 후 밀링하는 단계
상기 단계 1에서 제조된 혼합분말을 밀링 중 불순물의 영향을 최소화하기 위해 열처리 특수강(SKD11)을 회전용기로 사용하였으며, 밀링공정 동안 산화방지 및 과도한 압접을 방지하기 위해 회전용기 내부를 진공 또는 아르곤분위기로 조성하였 다. 밀링은 도 1의 고속 밀링장치(태명과학, P-100)로 수행하였으며, 회전용기내 볼과 분말의 중량비는 15:1로 하였다. 균일하게 혼합된 Ni-Cr-Y2O3 분말을 회전용기에 강구(steel ball)와 함께 투입한 후 회전용기의 속도를 약 2600 rpm으로 40 분 동안 밀링을 수행하였으며, 고속 밀링 동안 회전용기에 냉각수를 분사하여 회전용기 내부온도 증가를 최소화하여 Ni-Cr-Y2O3 나노 세라믹 분산강화 합금분말을 제조하였다.
<실시예 2> Fe-Cr-Y2O3 나노 세라믹 분산강화 합금분말의 제조
금속분말은 Fe와 Cr, 세라믹 분말로는 Y2O3를 사용하고, Fe-Cr-Y2O3의 조성비가 약 84:14:2 중량%인 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 Fe-Cr-Y2O3 나노 세라믹 분산강화 합금분말을 제조하였다.
<비교예 1> 종래 방법으로 제조된 Ni-Cr계 합금
A.N.Streletskii등(A.N.Streletskii, T.H.Courtney, Mater, Sci and Eng.A., 282 (2000) 213)에 의해 보고된 바 있는 종래의 제조방법으로서, Ni-Cr계 합금제조를 위해 80 Ni - 20 Cr의 비율로 스펙스밀(SPEX mill)을 이용하여 약 14시간까지 기계적 합금화를 진행하여 Ni-Cr계 합금을 제조하였다.
도 2는 X-선 회절을 통해 Ni의 격자상수(똑같은 형태와 구조의 분자가 모여 있는 결정내의 원자간 가로, 세로, 높이의 간격) 변화를 나타낸 그래프이다. 도 2를 참조하면, 기계적 합금화(MA) 공정시간이 증가함에 따라 Cr이 Ni에 고용되어 격자상수가 점차 증가함을 알 수 있고, 약 600 분 이후 격자상수가 일정하게 나타남으로써 합금화가 완료된 것을 알 수 있다.
<실험예 1> Ni-Cr-Y2O3 나노 세라믹 분산강화 합금분말 결정구조 분석
고속 기계적 밀링장치를 이용하여 제조된 Ni-Cr-Y2O3 나노 세라믹 분산강화 합금분말의 결정구조 분석 및 격자 상수를 측정하기 위해 X-선 회절장치(XRD, Rigaku, D/MAX-2500)로 분석하고, 그 결과를 도 3 및 도 4에 나타내었다.
도 3에 나타난 바와 같이, 밀링시간이 증가함에 따라 결정립 미세화와 내부의 불균일 변형에 의한 선폭증가(peak broadening)가 나타나고, Ni 피크의 2θ값이 점차 감소하는 경향이 나타나는데, 원자반경이 Ni보다 큰 Cr이 고용되면서 나타나는 현상임을 알 수 있다. 또한, 밀링시간 약 10분까지는 Cr 피크가 여전히 남아있었으나, 40 분(실시예 1) 이후에는 Cr 피크가 사라지는 것으로 보아 Ni에 Cr이 완전히 고용되어 합금화 되었음을 알 수 있다.
또한, 도 4에 나타난 바와 같이, 밀링시간이 증가함에 따라 Ni기지에 Cr이 고용되면서 Ni의 격자상수가 점차 증가하는 것을 알 수 있으며, 밀링 40 분 후부터 격자상수는 일정해지므로 합금화가 완료된 것을 알 수 있다.
<실험예 2> Ni-Cr-Y2O3 나노 세라믹 분산강화 합금분말의 미세구조 분석
고속 기계적 밀링장치를 이용하여 제조된 Ni-Cr-Y2O3 나노 세라믹 분산강화 합금분말의 미세구조를 분석하기 위해 투과전자현미경(TEM, JEOL, JEM-2100F)을 이용한 에너지 분광분석(EDS) 및 제한시야회절패턴(SADP) 분석하고, 그 결과를 도 5 및 도 6에 나타내었다.
도 5에 나타난 바와 같이, 밀링시간을 10 분 수행한 합금분말에서는 Ni과 Cr이 층상구조로 형성되어 있었으며, 매우 미세한 Y2O3입자도 관찰되었다. 또한, 밀링시간을 40 분 수행한 실시예 1에서는 미세한 조직이 관찰되었으며, Cr과 Y2O3가 전체적으로 균일하게 분산되어 나타나므로 합금화가 완료되었음을 알 수 있다.
또한, 도 6에 나타난 바와 같이, 밀링시간을 10 분 수행한 합금분말에서는 결정립 크기가 미세해져 링(ring) 형태로 이루어져 있음을 알 수 있고, Ni과 Cr이 함께 존재하는 것으로 나타나 충분한 고용이 이루어지지 않았음을 알 수 있다. 반면, 밀링시간을 40 분 수행한 실시예 1에서는 합금분말이 더욱 미세해진 조직으로 이루어져 완전한 링 형태를 이루고 있는 것을 확인할 수 있었으며, Cr이 사라지고 Ni 만 나타나므로, Cr이 Ni에 완전히 고용되었음을 알 수 있다.
<실험예 3> Fe-Cr-Y2O3 나노 세라믹 분산강화 합금분말의 미세구조 분석
고속 기계적 밀링장치를 이용하여 제조된 Fe-Cr-Y2O3 나노 세라믹 분산강화 합금분말의 미세구조를 분석하기 위해 투과전자현미경(TEM)을 이용한 에너지 분광분석 맵핑(EDS mapping)을 수행하고, 그 결과를 도 7에 나타내었다.
도 7에 나타난 바와 같이, 밀링시간을 10 분 수행한 합금분말에서는 Fe와 Cr 및 Y2O3가 층상구조로 형성되고 불균일한 분산 상태를 보였으나, 밀링시간을 30 분 수행한 합금분말에서는 Fe기지에 Cr과 Y2O3가 전체적으로 균일하게 분산되어 나타남으로써, 단시간에 합금화가 완료되었음을 알 수 있다.
도 1은 본 발명에 사용되는 고속 밀링장치의 설계도이고((a): 측면도, (b): 평면도 및 (c): 분말용기 내부 강구의 타격 메카니즘);
도 2는 종래 제조방법으로 제조되는 Ni-Cr계 합금의 밀링시간에 따른 격자상수의 변화를 나타낸 그래프이고;
도 3은 밀링시간에 따른 Ni-Cr-Y2O3 나노 세라믹 분산강화 합금분말의 X-선 분광 분석(XRD) 결과이고;
도 4는 밀링시간에 따른 Ni-Cr-Y2O3 나노 세라믹 분산강화 합금분말의 격자상수 변화를 나타낸 그래프이고;
도 5는 밀링시간에 따른 Ni-Cr-Y2O3 나노 세라믹 분산강화 합금분말의 미세구조를 나타낸 투과전자현미경(TEM)을 이용한 에너지분광분석 맵핑(EDS mapping) 결과이고;
도 6은 밀링시간에 따른 Ni-Cr-Y2O3 나노 세라믹 분산강화 합금분말의 미세구조를 나타낸 투과전자현미경(TEM)을 이용한 제한시야회절패턴(SADP) 결과이고; 및
도 7은 밀링시간에 따른 Fe-Cr-Y2O3 나노 세라믹 분산강화 합금분말의 미세구조를 나타낸 투과전자현미경(TEM)을 이용한 에너지 분광분석 맵핑(EDS mapping) 결과이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 냉각수입구 2: 덮개
3: 회전 가이드 벽면 4: 용기
5: 챔버 6: 회전축
7: 냉각수 출구 8: 풀리
9: 회전부 10: 용기홀더
11: 용기포켓

Claims (9)

  1. Ni계 또는 Fe계 금속분말, 및 세라믹 분말을 혼합하는 단계(단계 1); 및
    상기 단계 1에서 제조된 혼합분말을 접촉회전식 고속 밀링장치 내의 회전용기에 강구와 함께 투입한 후 진공 또는 아르곤분위기에서 회전축은 800 - 1200 rpm으로 회전시키고 회전용기는 2000 - 2900 rpm으로 회전축의 회전방향과 반대방향으로 회전되어, 30 - 70 분의 짧은 시간 동안 밀링하는 단계(단계 2)를 포함하는 고속 기계적 밀링장치를 이용하여 단시간내 나노 세라믹 분산강화 합금/금속 분말을 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단계 1의 Ni계 금속분말은 Ni과 합금화가 가능한 금속과의 2원계 이상의 합금인 것을 특징으로 하는 나노 세라믹 분산강화 합금/금속 분말을 제조하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 단계 1의 Fe계 금속분말은 Fe과 합금화가 가능한 금속과의 2원계 이상의 합금인 것을 특징으로 하는 나노 세라믹 분산강화 합금/금속 분말을 제조하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 단계 1의 세라믹 분말은 Y2O3, Al2O3, ThO2, SiC, TiC, TiN, TiCN, NbC, WC, B4C 및 BN로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 나노 세라믹 분산강화 합금/금속 분말을 제조하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 단계 1의 Ni계 금속을 구성하는 Ni과, 상기 Ni와 혼합되는 금속, 및 이들과 혼합되는 세라믹 분말의 크기는 각각 1 - 100 ㎛, 1 - 100 ㎛ 및 1 - 200 ㎛인 것을 특징으로 하는 나노 세라믹 분산강화 합금/금속 분말을 제조하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 단계 1의 Fe계 금속을 구성하는 Fe과, 상기 Fe와 혼합되는 금속, 및 이들과 혼합되는 세라믹 분말의 크기는 각각 1 - 100 ㎛, 1 - 100 ㎛ 및 1 - 200 ㎛인 것을 특징으로 하는 나노 세라믹 분산강화 합금/금속 분말을 제조하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 단계 2의 회전용기 내 볼과 분말의 중량비는 10-20:1 인 것을 특징으로 하는 나노 세라믹 분산강화 합금/금속 분말을 제조하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 단계 2의 밀링은 회전축이 회전할 때 분말용기가 챔버내부의 가이드 벽면과 접촉하여 회전하면서, 분말용기 내의 볼이 용기 내부의 벽면을 따라 이동하다가 반대쪽 벽에 부딪히면서 분말입자에 강력한 충격을 주어 분말이 분쇄되어, 합금화 및 미세화되는 것을 특징으로 하는 나노 세라믹 분산강화 합금/금속 분말을 제조하는 방법.
  9. Ni계 또는 Fe계 금속분말, 및 세라믹 분말을 혼합하여 접촉회전식 고속 밀링장치 내의 회전용기에 강구와 함께 투입한 후 진공 또는 아르곤분위기에서 회전축은 800 - 1200 rpm으로 회전시키고 회전용기는 2000 - 2900 rpm으로 회전축의 회전방향과 반대방향으로 회전되어, 30 - 70 분의 짧은 시간 동안 밀링하여 제조되는, 균일하고 미세한 나노 세라믹 분산강화 합금/금속 분말.
KR1020090068395A 2009-07-27 2009-07-27 고속 기계적 밀링장치를 이용한 나노 세라믹 분산강화 합금/금속 분말의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 나노 세라믹 분산강화 합금/금속 분말 KR101101243B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090068395A KR101101243B1 (ko) 2009-07-27 2009-07-27 고속 기계적 밀링장치를 이용한 나노 세라믹 분산강화 합금/금속 분말의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 나노 세라믹 분산강화 합금/금속 분말

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090068395A KR101101243B1 (ko) 2009-07-27 2009-07-27 고속 기계적 밀링장치를 이용한 나노 세라믹 분산강화 합금/금속 분말의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 나노 세라믹 분산강화 합금/금속 분말

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110010987A true KR20110010987A (ko) 2011-02-08
KR101101243B1 KR101101243B1 (ko) 2012-01-04

Family

ID=43771265

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090068395A KR101101243B1 (ko) 2009-07-27 2009-07-27 고속 기계적 밀링장치를 이용한 나노 세라믹 분산강화 합금/금속 분말의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 나노 세라믹 분산강화 합금/금속 분말

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101101243B1 (ko)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101223155B1 (ko) * 2011-04-18 2013-01-17 한국원자력연구원 고온 강도 및 크리프 저항성이 향상된 산화물 분산 강화 합금
CN103480853A (zh) * 2013-10-08 2014-01-01 镇江宝纳电磁新材料有限公司 一种用于碾压鳞片状金属粉末的多级旋盘式辊碾装置
CN104259467A (zh) * 2014-08-27 2015-01-07 镇江宝纳电磁新材料有限公司 鳞片状金属软磁微粉团粒料辗碎装置
CN106891013A (zh) * 2017-02-28 2017-06-27 深圳市中金岭南科技有限公司 一种筛分‑球磨法的片状金属粉及其制备方法
KR20210068250A (ko) * 2019-11-29 2021-06-09 한국생산기술연구원 다상의 고엔트로피 세라믹 분말 제조 기술 및 그 방법으로 제조된 분말
KR102334674B1 (ko) 2020-07-07 2021-12-07 한국생산기술연구원 구형 복합 분말의 제조방법
KR102473151B1 (ko) * 2021-07-08 2022-12-02 한국과학기술원 기능성 복합 분말의 제조방법 및 기능성 복합 분말
KR20230077889A (ko) * 2021-11-26 2023-06-02 공주대학교 산학협력단 반도체 테스트소켓용 전도성 금속막 코팅된 판상형 니켈 분말소재의 제조방법
KR102611243B1 (ko) * 2023-03-29 2023-12-07 한국지질자원연구원 저산소 바나듐 탄화물 및 이의 제조방법

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017200361A2 (ko) * 2016-05-20 2017-11-23 서울시립대학교 산학협력단 무연 솔더 합금 조성물 및 이의 제조방법
KR102122923B1 (ko) 2019-05-01 2020-06-26 오준태 고순도 치아용 치공구 세라믹 분말제조장치

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR940004857B1 (ko) * 1990-10-12 1994-06-02 주식회사 코오롱 폴리에스테르계 수지조성물
JP2904399B2 (ja) * 1994-09-27 1999-06-14 株式会社栗本鐵工所 竪型遊星ボールミルの自転構造
JPH10237564A (ja) 1997-02-28 1998-09-08 Sanyo Electric Co Ltd 水素吸蔵合金の製造方法

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101223155B1 (ko) * 2011-04-18 2013-01-17 한국원자력연구원 고온 강도 및 크리프 저항성이 향상된 산화물 분산 강화 합금
CN103480853A (zh) * 2013-10-08 2014-01-01 镇江宝纳电磁新材料有限公司 一种用于碾压鳞片状金属粉末的多级旋盘式辊碾装置
CN103480853B (zh) * 2013-10-08 2016-06-29 镇江宝纳电磁新材料有限公司 一种用于碾压鳞片状金属粉末的多级旋盘式辊碾装置
CN104259467A (zh) * 2014-08-27 2015-01-07 镇江宝纳电磁新材料有限公司 鳞片状金属软磁微粉团粒料辗碎装置
CN106891013A (zh) * 2017-02-28 2017-06-27 深圳市中金岭南科技有限公司 一种筛分‑球磨法的片状金属粉及其制备方法
CN106891013B (zh) * 2017-02-28 2019-03-15 深圳市中金岭南科技有限公司 一种筛分-球磨法的片状金属粉及其制备方法
KR20210068250A (ko) * 2019-11-29 2021-06-09 한국생산기술연구원 다상의 고엔트로피 세라믹 분말 제조 기술 및 그 방법으로 제조된 분말
KR102334674B1 (ko) 2020-07-07 2021-12-07 한국생산기술연구원 구형 복합 분말의 제조방법
KR102473151B1 (ko) * 2021-07-08 2022-12-02 한국과학기술원 기능성 복합 분말의 제조방법 및 기능성 복합 분말
US20230013308A1 (en) * 2021-07-08 2023-01-19 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Method for preparing functional composite powder and functional composite powder
US11964327B2 (en) 2021-07-08 2024-04-23 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Method for preparing functional composite powder and functional composite powder
KR20230077889A (ko) * 2021-11-26 2023-06-02 공주대학교 산학협력단 반도체 테스트소켓용 전도성 금속막 코팅된 판상형 니켈 분말소재의 제조방법
KR102611243B1 (ko) * 2023-03-29 2023-12-07 한국지질자원연구원 저산소 바나듐 탄화물 및 이의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR101101243B1 (ko) 2012-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101101243B1 (ko) 고속 기계적 밀링장치를 이용한 나노 세라믹 분산강화 합금/금속 분말의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 나노 세라믹 분산강화 합금/금속 분말
JP6849128B2 (ja) 金属積層造形用混合粉末
Vaidya et al. High-entropy alloys by mechanical alloying: A review
JP6690789B2 (ja) 合金材、該合金材を用いた製造物、および該製造物を有する流体機械
Wang et al. Progress, challenges and potentials/trends of tungsten-copper (WCu) composites/pseudo-alloys: Fabrication, regulation and application
Enayati et al. Production of nanostructured WC–Co powder by ball milling
Jiao et al. In-situ hybrid Cr3C2 and γ′-Ni3 (Al, Cr) strengthened Ni matrix composites: microstructure and enhanced properties
Balázsi et al. Preparation and structural investigation of nanostructured oxide dispersed strengthened steels
Abuchenari et al. The Effect of Cu-substitution on the microstructure and magnetic properties of Fe-15% Ni alloy prepared by mechanical alloying
Dewangan et al. Microstructure and mechanical properties of nanocrystalline AlCrFeMnNiWx (x= 0, 0.05, 0.1, 0.5) high-entropy alloys prepared by powder metallurgy route
Hamid et al. Fabrication and characterization of tungsten heavy alloys using chemical reduction and mechanical alloying methods
Makhmutov et al. Synthesis of CoCrFeNiMnW 0.25 high-entropy alloy powders by mechanical alloying and plasma spheroidization processes for additive manufacturing
Chen et al. Fabrication and characterization of Mo-Cu nano-composite powders by a chemical co-deposition technique
Maharana et al. Effect of sintering parameters on phase evolution, microstructural development and mechanical behavior of Ni46Al12Co18Cr8Fe12Mo4 high entropy alloy synthesized via mechanical alloying and spark plasma sintering
Park et al. Formation of nanostructures in Ni-22Cr-11Fe-1X (X= Y2O3, TiO2) alloys by high-energy ball-milling
Viljus et al. Structure formation in Ti-C-Ni-Mo composites during reactive sintering
Nuthalapati et al. Phase evolution and mechanical properties of nano-TiO 2 dispersed Zr-based alloys by mechanical alloying and conventional sintering
Suryanarayana et al. Nanostructured materials
Vajpai et al. Studies on the mechanism of the structural evolution in Cu–Al–Ni elemental powder mixture during high energy ball milling
KR20210065220A (ko) 나노 조성분리 층상구조를 갖는 고엔트로피 합금 및 그 제조방법
Patra et al. Synthesis and Characterization of W80Ni10Mo10 alloy produced by mechanical alloying
Prică et al. Superalloy/Al2O3 type Composite Compacts Obtained by Spark Plasma Sintering from Mechanically Alloyed Powders
Lee et al. Fabrication of Fe-base superalloy powders with yttrium oxide dispersion by mechanical alloying and chemical route
KR20160071619A (ko) 철계 초내열 합금의 제조방법
Ogunbiyi et al. Influence of sintering temperature on microstructure and mechanical properties of graphene-reinforced Inconel 738 LC composites

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141008

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160928

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181002

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191209

Year of fee payment: 9