KR20110066975A - 신규한 마모 방지 시트와 그 제조 및 사용 방법 - Google Patents

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미카엘 슈벡
칼-헤르만 부흐너
한스-페터 발더스
알로이스 아일링
제임스 리안
Original Assignee
하.체. 스탁 세라믹스 게엠베하 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은 금속 봉입 경질 재료 입자 및 연질 땜납, 경질 땜납 또는 고온 땜납으로 구성된 군에서 선택되는 땜납 재료 입자를 포함하는 마모 방지 시트, 이 마모 방지 시트의 용도 및 테이프 캐스팅 공정을 이용한 그 제조 방법에 관한 것이다.

Description

신규한 마모 방지 시트와 그 제조 및 사용 방법{NOVEL WEAR-RESISTANT FILMS AND A METHOD FOR THE PRODUCTION AND FOR THE USE THEREOF}
본 발명은 금속 봉입 경질 재료 입자, 특히 니켈 봉입 탄화텅스텐 및 땜납 재료 입자, 특히 니켈-크롬계 땜납 합금으로 이루어진 마모 방지 시트, 테이프 캐스팅을 이용한 그 제조 방법 및 유효 수명이 긴 부재를 제조하기 위한 그 용도에 관한 것이다.
경질 재료 합금을 이용한 코팅은 높은 마모 응력, 특히 마멸에 의한 높은 마모 응력으로부터의 보호를 위해 중요성이 증가하고 있다. 기계적 응력을 받는 부재에 마모 방지 시트를 설치하는 것은 또한 부식 또는 열 손상으로부터 보호하는 기능을 한다. 이로써, 이러한 부재의 수명이 크게 증가될 수 있으며, 공정 비용이 크게 감소될 수 있다. 특히, 탄화물, 붕소화물 또는 질화물 등의 경질 재료가 매립된 강성 니켈, 코발트 또는 철 금속 모재를 포함하는 금속-모재 복합체(metal-matrix composite: MMC)로서 알려진 복합체가 이용된다. 금속 용융물 중의 경질 재료의 매우 양호한 균질한 분포 및 경질 재료와 땜납 사이의 양호한 결합은 형성된 마모 방지층의 품질에 매우 중요하다. 경질 재료의 분포 및 경질 재료와 땜납 사이의 계면의 형성 및 용융 금속 합금 중의 반응상의 형성은 혼합되는 재료, 초경 합금에 있어서의 금속 모재의 비율 또는 경질 재료의 원하는 비율 및 제조 공정 중의 공정 조건에 크게 좌우된다. 이러한 이유로, 이같은 마모 방지 재료 또는 마모 방지 코팅의 제조를 위한 신뢰성 있고 간단한 공정을 찾기 위한 노력이 계속되고 있다.
따라서, 예를 들어, US　6,649,682 B1은 개량하고자 하는 표면에 경질 탄화물 입자를 함유하는 수성 분산액을 도포한 후 땜납 재료 함유 분산액으로 처리하고, 그 후 이렇게 처리된 부재의 표면을 가열함으로써 마모 방지층을 형성하는 것을 기재한다.
US 5,594,931은, 상이한 비율의 경질 재료 및 땜납 재료를 포함하며 소결에 의해 단단히 결합된 2 이상의 층을 포함하는 선제작 마모 방지 재료의 제조 방법을 기재한다.
US 2007/0017958 A1은 다층 마모 방지 재료를 개시하며, 또한, 경질 재료 입자, 금속 합금, 땜납 재료 및 경우에 따라 결합제를 함유하는 층상 재료를 사용하는 것을 개시한다. 상기 마모 방지 재료는 용매 중에 개별 성분들을 슬러리화한 후 재료를 캐스팅하여 층을 형성함으로써 제조할 수 있다. 금속 시트의 제조에 이용될 수 있는 대안적 방법은, 예를 들어, WO　2007/147792에 기재되어 있다.
이로부터 나아가, 본 발명의 목적은 제조가 용이하고 취급이 간단한 마모 방지 시트를 제공하는 것이었다. 또한, 이러한 시트를 사용하여 부재 상에 형성한 마모 방지층은 매우 작은 다공도를 가져야 하며 낮은 마모도를 나타내고 높은 경도를 가져야 한다.
상기 목적은 첫째 금속 외피를 갖는 경질 재료 입자 및 둘째 땜납 재료, 특히 경질 땜납 또는 고온 땜납을 포함하는 마모 방지 시트를 사용하는 것에 의해 달성된다. 경우에 따라, 상기 마모 방지 시트는 또한 유기 결합제 및 가소제를 포함할 수 있다.
유기 결합제와 경우에 따라 가소제를 함유하는 결합제 현탁액 중에서 땜납 재료 분말과 함께 금속 봉입 경질 재료 입자를 가공하여 안정한 슬립을 제조할 수 있음을 알게 되었다. 상기 금속 봉입 경질 재료 입자는 땜납 재료 모재에 특히 잘 혼입될 수 있으며, 이때 봉입 금속은 땜납 재료에 의해 쉽게 습윤화될 수 있도록 선택된다. 경질 재료 입자 외피로서 사용되는 금속은 바람직하게는 땜납 재료 중에도 존재하는 금속이다. 금속 봉입 경질 재료 입자의 개선된 습윤성은 땜납 재료 모재로의 입자의 혼입을 개선시킨다. 또한, 땜납이 경질 재료와 반응하는 경향을 적절한 금속 외피의 사용에 의해 억제하거나 방지할 수 있다. 이는 또한 청구된 마모 방지 시트로부터 마모 방지층을 제조하는 데 필요한 추가적인 가공 단계에도 적용된다.
상응하는 마모 방지 시트를 제조하기 위한 슬립의 캐스팅은 땜납 재료 모재 내에서의 금속 봉입 경질 재료 입자의 분포에 거의 영향을 주지 않는다. 이는, 유기 결합제를 사용함으로 인해 금속 모재 내에서의 우수한 경질 재료의 분포가 시트 제조 공정 중에 안정화되는 것에 기인할 수 있다. 400℃ 이하의 저온에서의 시트의 후속 건조 또는 시트로부터의 결합제의 제거 또한 시트의 입자 분포에 인지할 만한 영향을 주지 않는다. 또한, 제조된 시트는 예비 소결할 수 있으며, 즉, 후속 단계에서 마모 방지층을 형성하기 위해 부재에 설치하기 전에 시트에 대해 소결 단계를 수행한다. 시트의 예비 소결은 원하는 부재 상에 마모 방지층을 형성하는 동안의 시트 수축을 줄인다. 그러나, 이것은, 예비 소결하지 않았거나 결합제를 제거하지 않은 마모 방지 시트를 개개의 부재에 직접 설치한 후 결합제 제거와 추가 처리를 수행할 수 있다는 가능성을 배제하지는 않는다. 또한, 예비 소결 시트를 부재에 용이하게 접착 결합하거나, 추가의 땜납을 사용하여, 예를 들어 화염 납땜을 이용하여 부재에 납땜하거나 용접할 수 있다.
따라서, 본원에 기재된 마모 방지 시트는, 특히 진공 퍼니스에서, 경납땜 또는 고온 납땜에 의해 부재에 설치하는 데 특히 적합하다. 예비 소결 마모 방지 시트의 경우, 이 시트를 접착 결합하거나 납땜하거나 용접할 수 있다. 소결, 예비 소결, 경납땜 또는 고온 납땜 공정 중의 고온에 노출된 후에도, 형성된 마모 방지층은 입자 크기 분포에 대해 실질적으로 등방성인 미세구조를 나타내고 매우 낮은 다공도를 나타내며, 그 결과 낮은 마모도 및 높은 경도가 개량하고자 하는 부재의 전체 면적에 대해 얻어진다. 공극 형성은 땜납 재료에 의한 금속 봉입 경질 재료 입자의 우수한 습윤성에 의해 감소되는데, 이는 금속 봉입 경질 재료 입자와 땜납 재료 사이의 계면에서 양호한 결합이 형성되기 때문이다. 특히 경질 재료 입자가 금속 외피를 가질 경우, 특히, 소결, 예비 소결 또는 납땜 과정에서, 경질 재료 입자의 금속 외피와 땜납 재료 사이의 계면에서 상 반응 또는 확산 작용이 또한 발생할 수 있다. 이러한 확산 작용 또는 상 반응은 고온에서의 처리를 포함하는 제조 공정 중에 마모 방지층을 추가로 안정화시키고 마모 방지층에서의 공극 형성이 최소화된다. 동시에, 땜납과 경질 재료와의 반응은 금속 외피의 선택에 의해 억제하거나 감소시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 본 발명에 따른 시트는 종래의 테이프 캐스팅 공정을 이용하여 슬립으로부터 산업적 규모로 간단하게 제조할 수 있다.
따라서, 본 발명은 금속 외피를 갖는 경질 재료 입자 및 연질 땜납, 경질 땜납 및 고온 땜납으로 구성된 군에서 선택되는 땜납 재료 입자를 포함하는 마모 방지 시트를 제공한다.
상기 경질 재료 입자는 바람직하게는 높은 융점을 갖는 전이 금속의 탄화물 및/또는 붕소화물을 포함하고, 이들은 특히 텅스텐, 티탄, 바나듐, 크롬, 탄탈, 니오븀, 규소 또는 몰리브덴의 탄화물이며, 그러나 이들 금속의 붕소화물, 탄소질화물 또는 질화물 또한 경질 재료 입자로서 사용될 수 있다. 탄화텅스텐, 예를 들어 WC 및/또는 FTC(용융 탄화텅스텐)(여기서, FTC는, 특히 WC 및 W2C로 이루어진 공융 미세구조를 나타내는 WC와 W2C의 혼합물임)가 특히 바람직하다. 탄화티탄, 예를 들어 TiC, 탄화탄탈, 탄화바나듐, 예를 들어 VC, 탄화크롬, 예를 들어 Cr3C2, Cr7C3, Cr23C6, 탄화규소, 예를 들어 SiC, 탄화몰리브덴, 예를 들어 Mo2C, 또는 붕소화티탄, 예를 들어 TiB2, 또는 탄화텅스텐과, 경우에 따라 붕소화텅스텐(예를 들어, WB)과 혼합된 언급된 경질 재료 입자의 혼합물이 특히 중요하다. 특히 바람직한 경질 재료 입자는 상기에 언급된 탄화물 및/또는 붕소화물을 포함한다.
식 W2C/WC의 용융 탄화텅스텐이 매우 특히 바람직하며, 이때 미립자 용융 탄화물은 탄화텅스텐(WC)으로 이루어진 입자 외피를 갖는다. WC 외피를 갖는 특히 바람직한 용융 탄화텅스텐은 매크로라인 탄화텅스텐(H.C. Starck GmbH의 Amperweld® 분말 시리즈 중 MWC)이다. 이하, 경질 재료를 경질 금속이라 칭하기도 한다.
높은 경도로 인해, FTC(용융 탄화텅스텐)를 경질 재료 입자로서 사용하는 것이 마모 방지층의 제조에 특히 유익하다. 니켈계 땜납에서의 강한 상 반응으로 인해, 열 안정성이 더 큰 FTC, 즉, 매크로라인 탄화텅스텐을 경질 재료로서 사용하는 것이 바람직하다. 매크로라인 탄화텅스텐은 FTC 코어 및 니켈계 땜납과의 반응으로부터 FTC 코어를 실질적으로 보호하는 WC 외피를 갖는다.
또한, 구형의 경질 재료를 사용할 수 있다. 구형의 경질 재료는, 특히 기체 분무화에 의해 얻을 수 있거나 플라즈마 중에서의 응집 경질 재료로부터 제조된다.
경질 재료 입자는 금속 외피에 의해 둘러싸이며, 이때 금속 외피는 땜납 재료에의 결합 및 슬립으로의 혼입을 보조한다. 상기 외피는 바람직하게는 땜납 재료의 조성과 유사한 조성을 갖는다. 특히, 땜납 재료 중에도 존재하는 금속이 외피 중에 존재한다. 외피의 특히 바람직한 금속은 니켈, 코발트, 크롬, 철, 구리, 몰리브덴, 알루미늄, 이트륨 또는 이들 금속의 혼합물이다. 이러한 외피 금속의 바람직한 혼합물은 코발트/크롬, 니켈/크롬, 니켈/코발트 혼합물이다. 또한, 니켈 봉입, 크롬 봉입 또는 코발트 봉입 경질 재료 입자를 사용하는 것이 특히 바람직하다. 금속 봉입 경질 재료 입자는 상업적으로 입수 가능하며, 예를 들어 니켈 봉입 또는 코발트 봉입 탄화텅스텐은 독일 H.C. Starck에 의해 시판된다. 특히 바람직한 실시형태에서, WC 외피를 가질 수 있고 니켈 함유 층에 봉입된 용융 탄화텅스텐으로 이루어진 경질 재료 입자가 사용된다.
사용된 금속 봉입 경질 재료는 일반적으로 분말 형태로 존재한다. 평균 입자 직경이 약 0.05　㎛∼200 ㎛, 바람직하게는 10 ㎛∼150 ㎛인 분말이 사용되며, 이때 이상적인 입자 직경은 용도에 따라 달라진다. 상기 경질 재료는 바람직하게는 금속 외피로 완전히 코팅되지만, 부분적으로 금속 코팅된 입자도 사용될 수 있다. 그러나, 경질 재료의 입자 표면의 50% 이상에 금속 코팅이 제공되는 것이 바람직하다. 통상적인 공정을 이용하여 경질 재료 입자 상에 코팅을 위해 제공된 금속을 피착시킴으로써 경질 재료 입자에 금속 코팅을 제공한다.
본 발명의 목적을 위한 바람직한 땜납은 경질 땜납 또는 고온 땜납이다. 가능한 땜납 재료는, 특히, 니켈, 티탄, 코발트, 구리, 주석 또는 은 땜납으로 구성된 군에서 선택되는 땜납 분말이다. 적절한 땜납은, 예를 들어, 경질 땜납, 예컨대 구리/주석 땜납, 은/카드뮴/구리 땜납, 은/인 땜납이다. 니켈 또는 코발트계 땜납과 같은 고온 땜납, 예를 들어 니켈/크롬 함유 땜납 또는 니켈/코발트 함유 땜납을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 그러나, 연질 땜납, 특히 주석계 연질 땜납, 예를 들어 안티몬, 비스무트 및/또는 구리와 같은 추가의 금속을 부가적으로 함유할 수 있는 주석/납 또는 주석/은 땜납을 사용할 수도 있다. 인의 첨가 역시 종래의 연질 땜납에 통상적인 것이다.
특히 바람직한 실시형태에서, 금속 봉입 경질 재료 입자가 니켈 함유 땜납 재료와 함께 사용된다. 특히, 첨가제, 예를 들어 붕소, 크롬 및 규소를 함유하는 니켈 땜납은 탄화텅스텐, 특히 용융 탄화텅스텐과 같은 경질 재료 입자에 침범하여 이를 무효하게 만들 수 있다. 금속 봉입 경질 재료 입자의 사용은 땜납 재료 중의 경질 재료의 용해를 감소시킬 수 있다. 탄화텅스텐 외피(WC 외피) 중의 FTC의 봉입은, 특히, 니켈계 땜납 중의 용융 탄화텅스텐의 용해를 막는 데 도움이 된다. 따라서, WC 외피를 갖는 니켈 봉입 용융 탄화텅스텐, 예를 들어 MWC의 사용은, 특히 우수한 마모 방지층을 제조하는 데 특히 유용하다.
본원에 기재된 마모 방지 시트는, 일반적으로, 시트의 총 중량을 기준으로, 5 중량%∼95 중량%, 바람직하게는 10 중량%∼90 중량%의 금속 봉입 경질 재료 입자 및 5 중량%∼95 중량%, 바람직하게는 10 중량%∼50 중량%의 땜납 재료 입자를 포함한다. 상기 시트는 특히 바람직하게는 60 중량%∼80 중량%의 금속 봉입 경질 재료 입자 및 20 중량%∼40 중량%의 땜납 재료를 포함한다. 포함되는 경질 재료 및 땜납 재료의 혼합비는 각각의 마모 방지 용도에 따라 변경될 수 있다. 사용되는 땜납 재료는 원하는 납땝 온도를 기초로, 또 코팅하고자 하는 부재의 재료를 기초로 선택될 수 있다. 상기 땜납 재료는 바람직하게는 사용되는 유기 첨가제의 분해 온도보다 높은 고상선 온도를 갖는다.
마모 방지 시트는 또한 시트의 총 중량을 기준으로 0.1 중량%∼99.9 중량%, 바람직하게는 10 중량%∼90 중량%의 금속 봉입 경질 재료 입자 및 0.1 중량%∼99.9 중량%, 바람직하게는 10∼50 중량%의 땜납 재료 입자를 포함할 수 있다. 이러한 마모 방지 시트는 또한 0.1 중량%∼20 중량%의 유기 결합제 및 가소제를 포함할 수 있다.
상기 마모 방지 시트에는 또한 경질 재료 및/또는 땜납 재료를 포함하는 추가의 층이 라미네이트될 수 있다. 복합 시트를 제조하기 위해, 상이한 함량의 금속 봉입 경질 재료 입자 또는 땜납 재료를 특징으로 하는 본 발명에 따른 2개 이상의 시트를 라미네이트하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명은 하나 이상의 상기 마모 방지 시트를 포함하는 복합체를 추가로 제공하며, 이때 복합체의 개개의 층은 상이한 비율의 경질 재료 입자 및/또는 땜납 재료 입자를 포함한다. 이러한 복합체는 바람직하게는 40 중량%∼95 중량%, 특히 바람직하게는 60 중량%∼90 중량%의 금속 봉입 경질 재료 입자 및 5 중량%∼60 중량%의 땜납 재료를 갖는 층을 갖는다. 또한, 상기 복합체는 주로 땜납 재료를 포함하는, 바람직하게는 40 중량%∼100 중량%, 특히 바람직하게는 60 중량%∼90 중량%의 비율로 포함하는 하나 이상의 추가의 층을 갖는다. 이 층은 또한 경질 재료 입자를, 특히 10 중량%∼40 중량%의 비율로 포함할 수 있으며, 이러한 경질 재료 입자는 또한 바람직하게는 금속에 봉입된다. 이러한 복합체는 또한 부재 상에서 소결될 수도 있고/있거나, 예비 소결될 수도 있다. 소결된 복합체는 또한 간단한 방식으로 부재 상에 접착 결합, 납땜 또는 용접될 수 있다.
추가의 실시형태에서, 청구된 마모 방지 시트는 기타 첨가제 이외에도 유기 결합제 및 가소제를 추가로 포함할 수 있다. 유기 결합제 및 가소제의 비율은 시트의 총 중량을 기준으로 0∼20 중량%이다. 여기서, 유기 결합제 및 가소제는 바람직하게는 100:0∼50:50의 중량비로 사용된다. 유기 결합제가 마모 방지 시트 중에 포함된다면, 이것은 특히 바람직하게는 시트의 총 중량을 기준으로 0.5 중량%∼15 중량%, 특히 2 중량%∼10 중량%의 중량 비율로 포함되며, 가소제는 특히 바람직하게는 0.1 중량%∼10 중량%, 특히 0.5 중량%∼5 중량%의 중량 비율로 포함된다.
바람직한 유기 결합제 및 가소제는 400℃ 이하, 바람직하게는 350℃ 이하의 온도에서 분해되는 것이다. 적절한 유기 결합제는, 예를 들어, 낮은 천장 온도(ceiling temperature)를 갖는 폴리머, 예를 들어 할로겐화 폴리올레핀, 특히 테플론, 폴리아세탈, 폴리아크릴레이트 또는 폴리메타크릴레이트 또는 그 코폴리머, 폴리알킬렌 옥시드, 폴리비닐 알코올 또는 그 유도체, 폴리비닐 아세테이트 또는 폴리비닐 부티랄이다. 폴리알킬렌 카보네이트, 특히 폴리프로필렌 카보네이트로 구성된 군에서 선택되는 유기 결합제가 특히 바람직하다. 이 유기 결합제는, 특히, 건조 중에 개개의 고체 입자를 서로 결합시키는 역할을 한다. 이 결합제는 용매 중에 쉽게 용해될 수 있어야 하며, 추가의 첨가제, 예를 들어 분산제와 상용성이어야 한다. 슬립의 점도를 현저히 증가시키지 않고 현탁액에 안정화 효과를 부여하기 위해서는 결합제를 첨가하는 것이 유익하다. 유기 결합제는 바람직하게는 400℃ 이하의 저온에서 잔류물을 남기지 않고 연소되어야 한다. 또한, 결합제는 품질을 더 잘 유지할 수 있게 하고 그린 시트(green sheet)의 취급성을 개선시키며, 특히, 예를 들어 건조 과정에서 균열 형성을 감소시킨다.
적절한 가소제는, 예를 들어, 벤질 프탈레이트와 같은 프탈레이트, 아교, 왁스, 젤라틴, 덱스트린, 아라비아 검, 파라핀 오일과 같은 오일 또는 폴리알킬렌, 특히 폴리에틸렌과 같은 폴리머이다. 그러나, 바람직한 가소제는 알킬렌 카보네이트, 특히 프로필렌 카보네이트이다. 가소제는, 특히, 폴리머계 결합제의 유리 전이 온도를 감소시켜야 하며, 그린 시트의 가요성을 증가시켜야 한다. 이 가소제는 결합제의 네트워크 구조에 침투하여 슬립의 점도를 감소시킨다. 적절한 결합제/가소제 비를 설정하여 다양한 결합제 및 가소제를 배합하는 것은, 예를 들어, 그린 시트의 최종 인장 강도 및 신장성에 영향을 줄 수 있다. 사용되는 가소제는 400℃ 이하의 저온에서 완전히 연소하는 것이 바람직하다.
시트 중에 포함될 수 있는 추가의 첨가제는 바람직하게는 텅스텐, 탄탈, 니오븀, 몰리브덴, 크롬, 바나듐, 티탄, 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 은, 카드뮴, 알루미늄 또는 주석을 포함할 수 있는 금속 분말과 같은 금속 결합제이다. 실리케이트, 알루미늄 산화물, 지르코늄 산화물 또는 티탄 산화물과 같은 금속 산화물도 첨가될 수 있다. 이러한 금속 첨가제는 마모 방지 시트의 총 중량의 30 중량%의 비율을 초과해서는 안 된다.
본 발명의 마모 방지 시트는 평면 시트 또는 3차원 형상을 갖는 시트일 수 있다. 시트의 층 두께는 10　㎛∼3000　㎛, 특히 50　㎛∼2500　㎛, 바람직하게는 200　㎛∼2000　㎛의 범위이다.
본 발명은, 산업적 수행이 간단하고 따라서 비용이 적게 드는, 마모 방지 시트를 제조하기 위한 테이프 캐스팅 방법을 추가로 제공한다. 이 목적을 위해, 먼저 1종 이상의 용매 및 유기 결합제를 포함하는 결합제 분산액을 조제한다.
용매로서, 특히, 유기 용매를 사용할 수 있다. 그러나, 특정한 경우에는 물을 첨가하는 것이 유익할 수도 있다. 바람직한 용매는, 예를 들어, 에스테르, 에테르, 알코올 또는 케톤, 특히 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 디에틸 에테르, 부틸 메틸 에테르, 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 아세톤, 메틸 에틸 케톤(MEK) 또는 이들의 혼합물이다. 특히 바람직한 용매는 케톤, 특히 알킬 케톤으로 구성된 군에서 선택되는 케톤이다. 유기 결합제로서 상기에 추가로 언급한 화합물, 특히 폴리알킬렌 카보네이트를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 가소제를 결합제 현탁액에 직접 첨가할 수도 있다. 얻어진 혼합물을 혼합 장치, 예를 들어 볼밀에서 혼합하고 균질화한다.
그 후, 이렇게 조제한 결합제 현탁액을 금속 외피를 갖는 경질 재료 입자 및 땜납 재료와 함께 혼합하고 가공하여 슬립을 얻는다. 이는, 예를 들어, 텀블 혼합기 또는 볼밀에서 수행할 수 있으며, 이때 볼밀에는, 바람직하게는 가공하고자 하는 경질 재료 입자의 밀도보다 높은 밀도를 갖는 분쇄 매체가 충전된다. 결합제 현탁액은 바람직하게는 처음에 볼밀에 도입하지만, 후에 첨가할 수도 있다. 또한, 금속 봉입 경질 재료 분말 및 땜납 재료 분말을 볼밀에 도입하고, 얻어진 혼합물을 안정한 슬립이 형성될 때까지 분쇄하고 교반한다. 볼밀이 사용될 경우, 슬립의 충분한 혼합 및 균질화에는 일반적으로 4시간∼48시간이 소요된다. 그 후 슬립을 감압 하에 탈기 처리할 수 있다. 저장, 탈기 및 다른 가공 단계는, 슬립의 고체 성분의 침강을 방지할 수 있도록 연속 교반하면서 수행하는 것이 바람직하다.
대안적 실시형태에서, 물론, 경질 재료 및/또는 땜납 재료 입자를 사전 합금 처리하고 결합제 현탁액을 첨가하는 것도 가능하다. 슬립 제조 중의 결합제 현탁액의 연속적 또는 단계적 첨가도 고려해 볼 수 있다.
그 후, 제조된 슬립을 종래의 테이프 캐스팅 공정을 이용하여 캐스팅하여 시트를 제조할 수 있다.
슬립을 제조하기 위해, (용매를 포함하여) 슬립의 총 중량을 기준으로 5 중량%∼60 중량%, 바람직하게는 10 중량%∼30 중량%의 결합제 현탁액을 사용하는 것이 바람직하다. 결합제 현탁액은 결합제 현탁액의 총 중량을 기준으로 적어도 1 중량%∼60 중량%, 특히 바람직하게는 5 중량%∼40 중량%의 유기 결합제 및 (용매를 포함하여) 결합제 현탁액의 총 중량을 기준으로 0 중량%∼15 중량%, 특히 바람직하게는 2 중량%∼10 중량%의 가소제를 포함한다. 결합제 현탁액은 적어도 결합제 현탁액의 개별 성분들이 확실히 현탁되도록 하기에 충분한 양의 용매를 포함한다. 경질 재료 입자 및 땜납 재료 입자의 현탁에 필요한 것보다 더 많은 양의 용매를 사용할 수 있다. 그러나, 필요에 따라 슬립 제조를 위한 전체 공정 중에 추가의 결합제 현탁액 또는 용매를 첨가할 수도 있다. 용매의 양은 고체 함량이 높은 슬립이 형성되도록 선택하는 것이 바람직하다.
또한, 슬립의 총 중량을 기준으로 40 중량%∼95 중량%, 바람직하게는 70 중량%∼90 중량%의 경질 재료 입자 및 땜납 입자를 결합제 현탁액에 첨가한다. 경질 재료 입자 대 땜납 재료 입자의 중량비는 바람직하게는 40:60∼90:10 범위이며, 즉, 슬립은 바람직하게는 약 25 중량%∼90 중량%, 특히 바람직하게는 50 중량%∼80 중량%의 경질 재료 입자 및 약 5 중량%∼60 중량%, 특히 바람직하게는 10 중량%∼40 중량%의 땜납 재료 입자를 포함한다. 경질 재료 입자 및 땜납 재료 입자를 함께 또는 개별적으로 첨가할 수 있다. 입자를 결합제 현탁액에 고체로서 첨가할 수도 있고 사전 현탁 형태로 첨가할 수도 있다.
대안적 실시형태에서, 마모 방지 시트는
a)　용매 및 유기 결합제를 포함하는 결합제 현탁액을 조제하고;
b)　단계 a)에서 조제된 결합제 현탁액을, 경질 재료 입자 및 경질 땜납 및 고온 땜납으로 구성된 군에서 선택되는 땜납 재료 입자와 혼합하고 이 혼합물을 가공하여 슬립을 제조하고;
c)　제조된 슬립을 캐스팅하여 시트를 형성하는 것에 의해 제조될 수 있으며, 상기 슬립은 슬립의 총 중량을 기준으로
-　0.1 중량%∼30 중량%의 결합제 현탁액을 이용하여 제조되며, 이때 상기 결합제 현탁액은 결합제 현탁액의 총 중량을 기준으로 0.1 중량%∼60 중량%의 무기 결합제 및 현탁액의 총 중량을 기준으로 0 중량%∼15 중량%의 가소제 및 60 중량%∼99.9 중량%의 경질 재료 입자 및 땜납 재료 입자를 포함하며, 이때 경질 재료 입자 대 땜납 재료 입자의 중량비는 0:100∼100:0이다.
또한, 추가적인 유용한 첨가제, 특히 분산제, 소포제 또는 보호 콜로이드, 예를 들어 폴리에스테르-폴리아민 축합 폴리머, 알킬 포스페이트 화합물, 폴리비닐 알코올, 덱스트린 또는 셀룰로스 에테르를 슬립 또는 결합제 현탁액에 첨가할 수 있다.
슬립 캐스팅 공정을 이용한 테이프 캐스팅에서는, 종래의 테이프 캐스팅 장치를 사용할 수 있다. 여기서, 슬립을, 플라스틱 캐리어가 정해진 속도로 연속적으로 작동하는 저장소로 도입한다. 이 슬립을 저장소로부터 플라스틱 필름 상에 캐스팅하고 닥터 블레이드를 사용하여 와이핑하여 특정 두께로 만든다. 이로써 평활하고 평탄한 시트가 얻어지며, 그 후 이것을 일반적으로 다양한 온도에서 건조시키고, 경우에 따라 플라스틱 필름으로부터 권출하여 권취하거나 추가로 가공하거나 마감 처리한다. 언급된 공정은 높은 생산율을 나타내어 제조 비용 효율이 좋으며, 제조된 시트의 품질은 우수한 항구성을 나타낸다. 또한, 다양한 시트 두께, 특히 10　㎛∼3000 ㎛의 시트 두께 및 시트 폭을 간단한 방식으로 얻을 수 있다. 최대 시트 폭은 사용된 테이프 캐스팅 플랜트에 의해 결정된다. 슬립의 현저한 유사소성 거동으로 인해, 400　mm 이하의 시프 폭을 문제없이 얻을 수 있다. 시트 두께 및 폭은 하기 파라미터를 이용하여 설정할 수 있다: 닥터 블레이드의 블레이드 높이, 충전 높이 및 이로 인한 캐스팅 챔버 내에서의 슬립의 캐스팅 압력, 플라스틱 기재의 속도, 캐스팅 헤드 폭 및 슬립의 점도. 이 공정에서 폭 및 길이에 대한 시트 두께 변동률은 일반적으로 10% 미만이다. 구조화된 플라스틱 캐리어가 캐스팅 기재로서 사용될 경우, 간단한 구조를 마모 방지 시트에 도입할 수도 있다.
대안적 공정은 3차원 형상의 마모 방지 시트를 제조하는 데 특히 적합한 진공 슬립 캐스팅 공정이다. 진공 슬립 캐스팅에서는, 공정이 감압의 적용에 의해 현저히 가속화된다. 이 공정에서는, 슬립을 다공성 몰드에 주입하며, 이 몰드를 통해 존재하는 용매가 감압에 의해 빠져 나온다. 슬립 중에 존재하는 고체는 몰드 표면 상에 퇴적되어 3차원 형상의 시트를 형성하며, 이것은 건조 후 몰드로부터 제거될 수 있다. 진공 공정에 의하면 특히 두께를 1 ㎛까지 줄인 매우 얇은 필름을 얻을 수 있으며, 제거한 용매를 재사용할 수도 있다. 진공 공정은 또한 산업적으로 이용될 수 있다.
제조 공정의 바람직한 실시형태에서, 용매, 예를 들어 알킬 케톤, 결합제, 바람직하게는 폴리프로필렌 카보네이트 및 가소제, 바람직하게는 프로필렌 카보네이트를 포함하는 현탁액을 볼밀에서 수일 동안 균질화하고 혼합한다. 얻어진 유기 첨가제의 혼합물은 테이프 캐스팅 슬립의 주성분을 형성한다. 다음 단계에서, 볼밀에 분쇄 매체를 충전하고, 조제된 결합제 현탁액을 칭량해 넣는다. 사용된 분쇄 매체의 양은 슬립 중 고체의 양에 따라 선택되어야 하며, 분쇄 매체는 사용된 경질 재료의 밀도보다 큰 밀도를 가져야 한다. 그 후 경질 재료와 땜납 분말을 칭량해 넣는다. 경질 재료로서 다양한 니켈 봉입 탄화텅스텐을 사용하는 것이 바람직하다. 땜납 재료로서 무엇보다도 니켈/크롬 땜납 분말, 바람직하게는 NICROBRAZ 땜납 분말(Wall Colmonoy)을 사용한다. 제조된 슬립을 0.5∼24시간 동안 연속 교반하면서 혼합한다. 그 후, 혼합된 슬립을 특정 캐스팅 용기로 옮겨 탈기한다. 사용된 분말의 높은 밀도로 인해, 고체 성분의 침강을 방지하기 위해 슬립을 연속적으로 천천히 교반해야 한다. 그 후, 탈기된 슬립을 상업용 캐스팅 플랜트 상에서 캐스팅하여 고체의 가요성 경질 금속 시트를 얻는다. 기재로서 플라스틱 캐리어, 특히 실리콘 코팅 플라스틱 필름, 예를 들어 PET 필름을 사용하는 것이 바람직하며, 이것은 캐스팅 공정 중의 인장력을 견뎌야 하고 용이하게 다시 제거할 수 있도록 건조된 슬립 또는 그린 시트에 대한 접착력이 적어야 한다. 제조된 습윤 시트를 대류 건조 터널에서 바람직하게는 25℃∼85℃의 온도로 건조시킨다. 상기에 기재한 공정에 의하면, 특히 밀도가 2.5∼15 g/cm3인 그린 시트를 제조할 수 있다. 그린 시트 내의 고체 유기 첨가제의 비율은 그린 시트의 질량을 기준으로 바람직하게는 1 중량%∼25 중량%, 특히 2 중량%∼10 중량%이다.
테이프 캐스팅을 이용한 마모 방지 시트의 제조는 많은 장점을 가지고 있다. 따라서, 예를 들어, 유기 결합제를 사용할 경우, 슬립 제조 중에 다량의 경질 재료 입자를 문제없이 땜납 재료의 모재로 혼입할 수 있다. 유기 결합제의 사용은 또한 특히 기계적 응력의 점에서 제조된 시트를 안정화시켜 시트의 취급성을 개선하고 특히 시트의 추가 가공에 도움을 준다.
본원에 기재된 마모 방지 시트는, 계면에서 확산 영역을 형성하는 액상 소결로 인해 시트와 부재 간의 강한 결합을 형성하는, 450℃ 이상에서의 경납땜, 바람직하게는 900℃ 이상에서의 고온 납땜을 이용하여 마모 방지층을 제조하는 데 특히 적합하다. 이렇게 하면 마모 방지층과 부재 사이에 특히 긴밀한 결합이 형성된다. 액상 소결은 통상적으로 보호 기체 및/또는 감압 하에 수행되며, 이때 소량의 수소가 종종 산화 보호제로서 혼입된다. 경납땜 및 고온 납땜을 이용하면, 특히, 강철 표면을 가지거나, 금속 표면, 예를 들어 철, 구리, 몰리브덴, 크롬, 니켈, 알루미늄, 은 또는 금을 포함하는 금속 표면을 갖는 금속 부재를 코팅하는 것이 가능하다. 여기서, 표면의 융점 또는 그 고상선 온도는 마모 방지 시트 중에 존재하는 땜납 재료의 액상선 온도보다 높아야 한다.
마모 방지층을 제조하기 위해, 상기 결합제 함유 마모 방지 시트를 부재에 직접 설치하여 결합제 제거를 수행한 후 적절한 보호층이 형성되도록 추가로 가공한다. 그러나, 마모 방지 시트에 대해 결합제 제거를 수행하고 부재 상에 마모 방지층을 형성하는 동안의 시트의 수축을 최소화할 수 있도록 사전에 예비 소결하는 것이 바람직하다. 결합제 제거는 테이프 캐스팅에 필요한 유기 성분의 잔류물을 실질적으로 남기지 않는 제거이다. 그러나 탄소 형태의 잔류물이 남는다면, 이것은 후속 소결 공정에서 탄화물 형성을 초래하는데, 이것이 반드시 문제가 되는 것은 아니다. 결합제 제거는 적절한 온도/시간 프로파일에 따라 열적으로 수행한다. 온도는 400℃보다 높아서는 안 된다. 결합제 제거는 통상적으로, 때때로 존재하는 임의의 대기 중 산소를 제거하기 위해 소량을 수소가 포함된, 질소 또는 아르곤 하에 수행된다. 시트로부터 결합제를 완전하게 제거하는 데에는 최대 1일이 소요될 수 있다.
아래에서는, 부재 상에 마모 방지층을 형성하기 위한 2가지 공정을 예로서 제시한다. 제1 공정은 땜납 재료가 충전된 그린 경질 재료 시트로부터 출발한다. 그린 시트를 부재에 알맞은 크기로 절단하여 부재 표면에 설치한다. 시트의 설치는 추가 보조제 없이 수행할 수 있으나, 바람직하게는 열 분해에 의해 제거될 수 있는 접착제를 사용하는 것도 가능하다. 특히, 결합제 현탁액을 부재에 시트를 설치하는 데 사용하기 위한 접착제로서 사용할 수 있다. 그 후, 그린 시트가 설치된 부재를 열 처리한다. 제1 열 처리 단계에서는, 결합제 제거 공정을 바람직하게는 350℃ 미만의 저온에서 수행한다. 바람직한 실시형태에서, 결합제 제거 온도는 마모 방지 시트 중의 땜납 재료의 액상선 온도 이하이다. 이 단계에서, 사용된 유기 첨가제를, 바람직하게는 감압 하에(1 bar 이하) 가능한 한 잔류물이 적게 남도록 제거한다. 후속 소결 단계에서는, 결합제 무함유 시트를 약 10-4∼10-6 mbar의 고진공 하에 부재 표면 상으로 소결한다. 최고 온도 및 유지 시간은 사용되는 땜납 재료에 따라 달라지며, 적어도 땜납 재료의 액상선 온도에 도달하여야 한다. 땜납 재료의 액상선 온도는 경질 재료의 융점 이하여야 한다. 소결 온도는 일반적으로 800℃∼2000℃, 특히 1000℃∼1500℃, 바람직하게는 1050℃∼1200℃의 범위이다. 사용되는 땜납 재료는 특정 소결 온도에서 액체가 되어 경질 금속 입자 및 부재 표면을 습윤화한다. 고진공의 적용은 경질 금속 입자 및 지지체의 액상 땜납에 의한 습윤화를 촉진하며 제조된 마모 방지층의 다공도를 감소시킨다. 부재 표면과 형성된 마모 방지층 사이에 뚜렷한 확산층이 형성된다. 이 확산층은 부재 표면에의 마모 방지층의 접착력을 결정한다.
제2 공정에서는, 앞서 기재한 공정과 유사한 방법에 의해 제조된 가요성 그린 시트로부터 예비 소결된 마모 방지편을 제조한다. 그린 시트의 예비 소결은, 예를 들어 Al2O3 또는 ZrO2와 같은 세라믹 소결 기재 상에서 수행한다. 400℃ 이하에서의 결합제 제거 사이클 후, 고진공을 가하여 경질 금속 시트를 소결 기재 상에 소결하여 고체 입자 복합체를 형성한다. 그 후, 이렇게 예비 소결된 마모 방지 시트를 부재에 설치하고, 상기에 기재한 공정과 유사한 방식으로 액상 소결에 의해 가공하여 마모 방지층을 형성한다. 대안적으로, 예비 소결된 재료를 부재 표면에 간단히 접착 결합하거나 추가의 땜납을 사용하여 납땜하거나 용접할 수도 있다.
본 발명의 마모 방지 시트를 이용하여 제조할 수 있는 마모 방지층은 바람직하게는 5% 미만, 특히 바람직하게는 1.5% 미만, 특히 1% 미만의 저다공도를 갖는다. 다공도는 마모 방지층을 통한 단면에 대해 시각적으로 측정될 수 있으며, 절단면 상의 공극의 면적 대 고체의 면적의 비가 측정된다.
상기 공정을 이용하여 제조할 수 있는 바람직한 마모 방지층은 2.5 g/cm3∼25 g/cm3, 바람직하게는 5　g/cm3∼15 g/cm3의 밀도를 갖는다. 제조된 마모 방지층은 높은 경도를 갖는다. 40 HRC∼70　HRC의 로크웰(Rockwell) 경도를 갖는 마모 방지층을 문제없이 제조할 수 있으며, 바람직한 마모 방지층은 50 HRC 이상의 로크웰 경도를 갖는다. 제조된 층의 내마모도는 ASTM G132-96(핀 온 테이블(pin-on-table))에 따라 2체 마모도 테스트(two-body abrasive wear test)를 이용하여 측정할 수 있다. 내마모도는, 예를 들어 규격 ASTM G65-04에 따라 측정할 수 있다.
특히, 분해 온도가 낮은, 유기 결합제 및 가소제를 비롯한 유기 첨가제와 유기 첨가제의 분해 온도보다 높은 액상선 온도를 갖는 땜납 재료의 조합은, 땜납 재료 모재에 균일하게 분포되는 금속 봉입 경질 재료 입자와 함께, 저다공도 및 고경도를 갖는 마모 보호층을 형성할 수 있게 한다. 땜납 재료의 액상선 온도는 유기 결합제 또는 가소제의 분해 온도보다 바람직하게는 100℃ 이상, 특히 바람직하게는 200℃ 이상, 특히 400℃ 이상 더 높다. 이는, 산업적 제조가 간단하고, 열 처리, 특히 저온에서의 별도의 결합제 제거 및 후속 경납땜, 고온 납땜 또는 고온에서의 화염 납땜을 이용하여 개개의 마모 방지층으로 쉽게 변환시킬 수 있는 마모 방지 시트를 이용하는 것에 의해 달성될 수 있다.
도 1은 강철 지지체(3) 상에 NICROBRAZ 땜납 재료 및 니켈 봉입 탄화텅스텐 입자를 포함하는 마모 방지층(1)을 도시한다. 도 1의 사진으로부터, 봉입된 탄화텅스텐 입자가 마모 방지층에 실질적으로 균일하게 분포되어 있고, 형성된 마모 방지층이 낮은 잔류 다공도를 갖는다는 것을 알 수 있다. 또한, 마모 방지층과 강철 지지체(3) 사이의 확산층(2)이 매우 잘 드러남을 알 수 있다.
도 2는 니켈 봉입 탄화텅스텐 입자 및 니켈/크롬 함유 땜납 재료로 이루어진 예비 소결된 입자 복합체를 도시한다.
슬립의 제조는 금속 봉입 경질 재료 입자를 땜납 재료로 간단히 혼입할 수 있게 하여, 등방성 미세구조를 갖는 마모 방지층이 마모 방지 시트의 제조를 통해 제조될 수 있게 한다. 그러나, 다층 복합체 시트의 사용은 경질 재료 농도에 있어서 구배를 갖는 마모 방지층을 제조할 수 있게 한다. 2종의 출발 재료의 혼합물, 즉, 금속 봉입 경질 재료 입자와 땜납 재료의 혼합물은 특정 용도에 따라 자유롭게 정해질 수 있으며; 특히, 고함량의 금속 봉입 경질 재료 입자를 마모 방지층에 도입할 수 있다. 바람직한 유기 첨가제, 예를 들어 분해 온도가 350℃ 이하인 결합제 및 가소제는 마모 방지층 또는 부재를 손상시키지 않고 그린 시트로부터 결합제를 제거할 수 있게 한다. 테이프 캐스팅 공정은 일반적으로 대면적 평면 부재를 제조하기 위한 저비용의 공정이다. 가요성 그린 시트는 다종 다양한 저비용의 가공 단계(컷팅, 스탬핑, 라미네이션)를 가능하게 한다. 또한, 이러한 시트의 라미네이션은 마모 방지층 내에서의 재료의 구배를 형성할 수 있게 한다. 이 경우, 최상층은, 예를 들어, 마모 방지 특성이 크게 개선될 수 있도록 더 경질인 금속을 포함할 수 있다. 따라서 최하층은 뚜렷한 확산층이 부재 표면에의 우수한 접착을 담보하도록 더 많은 땜납 재료를 포함한다. 마모 방지 시트의 형상은 단일 공정 단계의 시트 소결에 의해 그린 상태에서 부재 표면에 부합될 수 있다.
실시예:
실시예 1: 슬립 및 시트 제조
슬립을 제조하기 위해, 용매로서의 70.5 중량%의 에틸 메틸 케톤, 결합제로서의 25.7 중량%의 폴리프로필렌 카보네이트 및 가소제로서의 3.8 중량%의 프로필렌 카보네이트로 이루어진 현탁액을 볼밀에서 수일 동안 균질화하고 혼합한다. 얻어진 유기 첨가제 혼합물은 테이프 캐스팅 슬립의 주성분을 형성한다. 표 1에 결합제 현탁액의 조성을 기재한다.
결합제 현탁액
성분 재료 질량% 부피%
용매 MEK 70.5 79.2
결합제 폴리프로필렌 카보네이트 25.7 17.9
가소제 프로필렌 카보네이트 3.8 2.9
다음 단계에서, 볼밀에 분쇄 매체를 충전하고, 조제된 결합제 현탁액을 정해진 배합에 따라 칭량해 넣는다. 그 후, 경질 금속 분말과 땜납 분말을 정해진 배합에 따라 칭량해 넣는다. Ni 봉입 탄화텅스텐 WC-Ni 88-12(H.C. Starck, Germany)를 경질 금속 분말로서 사용한다. Wall Colmonoy로부터 입수한 NICROBRAZ 땜납 분말을 땜납 분말로서 사용한다. 표 2는 경질 금속 분말 대 땜납 분말의 혼합비가 65:35인 마모 방지 시트를 제조하는 데 사용되는 슬립 조성물을 기재한다.
슬립
성분 재료 질량% 부피%
결합제 현탁액 MEK; PPC; PC 13.5 66.5
경질 금속 분말 불침투성 봉입
WC-Ni 88-12		 56.2 16.5
땜납 분말 NICROBRAZ 30.3 17.0
슬립을 20∼30 rpm의 회전 속도로 12∼16시간 동안 혼합한다. 그 후, 혼합된 슬립을 특정 캐스팅 용기로 옮겨 500 mbar의 감압 하에 15분 동안 탈기한다. 그 후, 슬립을 통상적인 캐스팅 유닛에서 캐스팅하여 고체의 가요성 경질 금속 시트를 제조한다. 슬립을 실리콘 코팅 캐리어 필름 위에 캐스팅한다.
제조된 습윤 시트를 대류 건조 터널에서 건조시킨다. 그린 경질 금속 시트에는 균열이 없다. 그린 시트의 밀도는 4.5∼5.8 g/cm3이다. 그린 시트 중의 고체 유기 첨가제의 비율은 4∼5 질량%이다.
실시예 2: 마모 방지층의 제조
부재 상의 마모 방지층은 2가지의 상이한 공정에 의해 제조할 수 있다.
2.1) 제1 공정은 실시예 1에 기재된 대로 제조된 땜납 재료가 충전된 그린 경질 금속 시트 중 하나로부터 출발한다. 그린 시트를 부재 크기에 알맞은 크기로 절단하고 강철 지지체의 부재 표면에 설치한다. 그 후, 그린 시트 중에 존재하는 유기 첨가제를 감압 하에 350℃ 이하의 온도에서 제거한다. 후속 액상 소결 단계에서, 결합제 무함유 시트를 약 10-5∼10-6 mbar의 고진공 하에 약 1180℃의 소결 온도로 약 30분의 시간 동안 부재 표면 위로 소결한다. 부재 표면과 형성된 마모 방지층 사이에 뚜렷한 확산층이 형성된다. 경질 금속 대 땜납 재료의 비(질량%)는 70:30이다. 입자 복합체의 밀도는 10.4 g/cm3이다.
도 1은 실시예 2.1에서 제조된 강철 지지체 상에 NICROBRAZ 땜납 재료 및 탄화텅스텐을 포함하는 마모 방지층을 도시한다. 잔류 다공도가 1% 미만이고 마모 방지층과 강철 지지체 사이의 확산층이 매우 잘 드러남을 알 수 있다.
제조된 마모 방지층은 경도가 60 HRC(로크웰 경도)이다. 제조된 층의 내마모도를 측정하기 위해, ASTM G132-96(핀 온 테이블)에 따라 2체 마모도 테스트를 수행하였다. 제거된 재료의 부피는 0.68 mm3(플린트) 또는 12.27 mm3(SiC)였다. 따라서, 제조된 층의 마모도는 높다.
2.2) 제2 공정에서는, 단계 1에서, 실시예 1에 기재된 대로 제조된 가요성 그린 시트로부터 예비 소결된 마모 방지편을 제조한다. 이 단계에서 유기 첨가제는 약 350℃ 이하에서 연소한다. 그린 시트의 예비 소결은 10-6　mbar의 고진공 하에 1065℃의 온도에서 20분의 시간 동안 세라믹 Al2O3 소결 기재 상에서 수행한다. 탄화텅스텐 및 NICROBRAZ 땜납 재료로 이루어진 예비 소결된 입자 복합체가 도 2에 도시되어 있다. 그 후, 시트를 크기에 맞게 절단하여 강철 지지체에 설치한다. 그 후, 30분의 액상 소결 단계에서 10-5　mbar∼10-6 mbar의 고진공 하에 약 1180℃의 소결 온도로 소결 기재 상에서 예비 소결된 시트의 소결을 수행하여 고체 입자 복합체를 얻는다. 예비 소결된 마모 방지 시트의 사용은 액상 소결로 인한 방지층의 수축을 현저히 감소시킨다는 것을 알게 되었다.

Claims (21)

  1. 금속 외피를 갖는 경질 재료 입자 및 연질 땜납, 경질 땜납 및 고온 땜납으로 구성된 군에서 선택되는 땜납 재료 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 마모 방지 시트.
  2. 제1항에 있어서, 유기 결합제 및/또는 가소제를 포함하는 것을 특징으로 하는 마모 방지 시트.
  3. 제2항에 있어서, 상기 유기 결합제 및/또는 가소제의 분해 온도가 400℃ 이하인 것을 특징으로 하는 마모 방지 시트.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 유기 결합제가 폴리프로필렌 카보네이트이고/이거나, 상기 가소제가 프로필렌 카보네이트인 것을 특징으로 하는 마모 방지 시트.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경질 재료 입자가 탄화텅스텐, 탄화티탄, 탄화탄탈, 탄화규소, 탄화바나듐, 탄화크롬, 탄화몰리브덴, 붕소화티탄, 용융 탄화텅스텐, WC 외피 또는 탄화크롬 외피를 갖는 용융 탄화텅스텐 또는 이들 경질 재료 입자의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 마모 방지 시트.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경질 재료 입자가 니켈, 코발트, 크롬, 구리, 몰리브덴, 알루미늄, 이트륨, 철 또는 이들 금속 중 2종 이상의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 금속을 포함하는 금속 외피를 갖는 것을 특징으로 하는 마모 방지 시트.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 사용된 경질 재료 입자가 구형인 것을 특징으로 하는 마모 방지 시트.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 땜납 재료 입자가 니켈, 코발트, 구리, 주석 및 은 땜납 재료로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 마모 방지 시트.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 땜납 재료 입자가 니켈/크롬 땜납 재료 또는 니켈/코발트 땜납 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 마모 방지 시트.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시트가, 그 총 중량을 기준으로,
    - 금속 외피를 갖는 경질 재료 입자 5 중량%∼95 중량%;
    - 땜납 재료 입자 5 중량%∼95 중량%; 및
    - 유기 결합제 및/또는 가소제 0 중량%∼20 중량%
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 마모 방지 시트.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 마모 방지 시트 하나 이상을 포함하는 복합체로서, 이 복합체의 개개의 층이 상이한 비율의 경질 재료 입자 및/또는 땜납 재료 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합체.
  12. a) 용매 및 유기 결합제를 포함하는 결합제 현탁액을 조제하고;
    b) 단계 a)에서 조제된 결합제 현탁액을, 금속 외피를 갖는 경질 재료 입자 및 경질 땜납 및 고온 땜납으로 구성된 군에서 선택되는 땜납 재료 입자와 혼합하고 가공하여 슬립을 제조하고;
    c) 제조된 슬립을 캐스팅하여 시트를 형성하는 것
    을 특징으로 하는 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 마모 방지 시트의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 슬립을, 슬립의 총 중량을 기준으로,
    - 결합제 현탁액의 총 중량을 기준으로 1 중량%∼60 중량%의 유기 결합제 및 결합제 현탁액의 총 중량을 기준으로 0 중량%∼15 중량%의 가소제를 포함하는 결합제 현탁액 5 중량%∼30 중량%; 및
    - 경질 재료 입자 및 땜납 재료 입자 70 중량%∼95 중량%
    를 사용하여 제조하며, 이때 경질 재료 입자 대 땜납 재료 입자의 중량비가 40:60∼90:10인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 제조된 마모 방지 시트에 대해 400℃ 이하에서 결합제 제거를 수행하고, 그 후, 경우에 따라, 예비 소결하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  15. 부재 상에 마모 방지층을 형성하기 위한, 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 마모 방지 시트 또는 제11항에 따른 복합체 또는 이로부터 제조된 예비 소결 마모 방지 시트의 용도.
  16. 제15항에 있어서, 결합제 함유 마모 방지 시트를 부재 상에 직접 설치한 후 400℃ 이하의 온도에서 결합제 제거를 수행하거나, 400℃ 이하의 온도에서 결합제 제거를 수행한 후 부재 상에 설치하기 전에 예비 소결하고 그 후 액상 납땜에 의해 부재 상에 마모 방지층을 형성하는 것인 용도.
  17. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 예비 소결 마모 방지 시트 또는 제11항에 따른 복합체를 부재 상에 납땜, 접착 결합 또는 용접하는 것을 특징으로 하는 마모 방지 부재의 제조 방법.
  18. 총 중량을 기준으로
    - 경질 재료 입자 0.1 중량%∼99.9 중량%;
    - 땜납 재료 입자 0.1 중량%∼99.9 중량%; 및
    - 유기 결합제 및/또는 가소제 0.1 중량%∼20 중량%
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 마모 방지 시트.
  19. 제18항에 따른 마모 방지 시트를 포함하는 복합체로서, 이 복합체의 개개의 층이 상이한 비율의 경질 재료 입자 및/또는 땜납 재료 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합체.
  20. a) 용매 및 유기 결합제를 포함하는 결합제 현탁액을 조제하고;
    b) 단계 a)에서 조제된 결합제 현탁액을, 경질 땜납 및 고온 땜납으로 구성된 군에서 선택되는 땜납 재료 입자 및 경질 재료 입자와 혼합하고 가공하여 슬립을 제조하고;
    c) 제조된 슬립을 캐스팅하여 시트를 형성하며;
    상기 슬립을, 슬립의 총 중량을 기준으로,
    - 결합제 현탁액의 총 중량을 기준으로 0.1 중량%∼60 중량%의 유기 결합제 및 결합제 현탁액의 총 중량을 기준으로 0 중량%∼15 중량%의 가소제를 포함하는 결합제 현탁액 0.1 중량%∼30 중량%; 및
    - 경질 재료 입자 및 땜납 재료 입자 70 중량%∼95 중량%
    를 사용하여 제조하고, 이때 경질 재료 입자 대 땜납 재료 입자의 중량비가 40:60∼90:10인 것을 특징으로 하는 제18항에 따른 마모 방지 시트의 제조 방법.
  21. 부재 상에 마모 방지층을 형성하기 위한, 제18항에 따른 마모 방지 시트 또는 제19항에 따른 복합체 또는 이로부터 제조된 예비 소결 마모 방지 시트의 용도.
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