KR20130079373A - 알루미늄 합금으로 형태를 가진 물체를 제조하는 방법 - Google Patents

알루미늄 합금으로 형태를 가진 물체를 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속 사출 성형에 의해 알루미늄 합금을 기초로 한 성형 제품을 제조하는 방법에 관한 것으로, 다음 단계: a) 금속 분말들 및/또는 하나 이상의 금속 합금 분말들 형태로 원하는 합금에 포함된 금속들을 접합제와 혼합하여 원료를 제조하는 단계; b) 원료를 사출 성형하여 녹색 물체를 제조하는 단계; c) 촉매적 및/또는 용매 및/또는 열적 탈지에 의해 녹색 물체로부터 접합제를 적어도 부분적으로 제거하여 갈색 물체를 제조하는 단계; d) 원하는 성형 제품을 얻기 위해 적어도 부분적으로 탈지된 갈색 물체를 소결하는 단계를 포함하며; 단계 c)에서, 접합제가 완전히 제거되며, 열적 탈지는, 선택적으로 하나 이상의 이전 탈지 단계를 실행한 후, (잔여) 접합제를 제거하기 위해 실행되며, 상기 열적 탈지는 적어도 0.5 부피%의 산소를 함유하는 분위기에서 실행되며, 그 후 이렇게 얻은, 완전히 탈지된 갈색 몸체가 소결되는 것을 특징으로 한다.

Description

알루미늄 합금으로 형태를 가진 물체를 제조하는 방법{Method for producing shaped bodies from aluminium alloys}
본 발명은 알루미늄 합금으로 형태를 가진 물체를 제조하는 방법에 관한 것이다.
금속 사출 성형 기술은 최근에 호황을 누렸고 복잡한 소형 부품들을 제조하기 위한 확립된 기술이 되었고, 대략 EUR 10억의 전세계 연간 매출액을 발생시켰다. 플라스틱 사출 성형에 적용된 성형 기술과 분말 기술에 사용된 다양한 재료의 조합은 여러 재료에 대한 흥미로운 새로운 시장들을 열었다.
제조 방법은 하기한 공정 단계를 필수적으로 포함한다. 먼저, 금속 분말과 적어도 두 개의 친밀하게 혼합된 폴리머 성분을 포함하는 플라스틱 성분으로 이루어진 사출가능한 과립 형태의 원료가 제조된다. 그런 후에 이 원료는 성형 제품들을 얻기 위해 플라스틱 사출 성형 장치에 의해 성형된다. 이런 소위 "녹색 물체들"은 주로 대략 40 부피%의 플라스틱 접합제를 포함하며, 이는 뒤이은 소위 탈지(debinding 또는 debindering) 단계에서 대부분 제거된다. 소위 "백본(backbone)"인 잔여 접합제 성분은 잔류하여 탈지 후 제품의 잔여 강도를 보장한다. 탈지는, 예를 들어, 열적으로, 용매를 사용하여, 촉매적으로 등과 같은 다양한 방식으로 성취될 수 있고, 선택된 방법은 과립에 사용된 플라스틱 접합제에 조심스럽게 적응된다. 탈지 후, 소위 "갈색 물체"인 물품은 첫 단계에서 잔여 "백본" 접합제는 주로 열적으로 제거되는 소결 공정을 거치게 되며, 그 후 물품은 소결되고 줄어들어 거의 조밀한 금속 구성요소를 형성한다. 이런 기술은 일반적으로 고 합금 및 저 합금 금속, 귀금속, 경질 금속에 적용되나, 세라믹에도 적용된다.
알루미늄 재료들에 대한 금속 사출 성형은, 비록 이와 기술과 관련된 특허들이 존재하지만, 산업계에서 아직 성공적으로 확립되지 않았다; 이것은 알루미늄 합금들의 소결 메커니즘들이 상기한 재료들의 메커니즘들과 완전히 다르다는 사실 때문이다. 알루미늄 분말들의 표면상의 비 환원성 산화물들은 소결에 중대한 장애물이 된다. 이런 이유로, 공개공보들은 산소-제거 분위기만을 기술한다.
알루미늄의 상기 처리와 관련된 구체적인 어려움은 알루미늄의 비교적 낮은 용융점(660℃)이며, 주석과 같은 합금 원소들이 첨가될 때 더 낮아진다. 이것이 플라스틱 구성요소의 탈지가 매우 낮은 온도에서 완료되어, 적절한 처리 시간 체계가 플라스틱 구성요소들의 완전한 제거를 보장하기에 너무 짧게 만드는 문제를 일으킨다. 플라스틱 구성요소가 완전히 제거되지 않는 경우, 유기 잔여 구성요소들과 금속 구성요소들의 원치 않는 반응들이 일어날 수 있고, 이것이 소결 공정을 방해하여서 이 방법에 의해 얻을 수 있는 기계적 특성들을 손상시킨다.
리우 등의 Powder Metallur-gy 51, 78-83 (2008)은 합금으로서 주석과 마그네슘 조각들이 첨가되며, 마그네슘이 "희생 금속", 즉 산소와 습기 제거제로서 역할을 하는 방법을 기술한다.
이런 배경기술을 고려하여, 본 발명의 목적은 간단하고 반복가능한 방식으로 우수한 기계적 특성들을 가진 알루미늄 재료들의 성형 제품들을 제조하기 위한 금속 사출 성형 방법을 개발하는 것이다.
본 발명자들은 금속 사출 성형에 의해 알루미늄 합금을 기초로 한 성형 제품을 제조하는 방법을 제공함으로써 이 목적을 성취하였으며, 이 방법은 다음 단계:
a) 금속 분말들 및/또는 하나 이상의 금속 합금 분말들 형태로 원하는 합금에 포함된 금속들을 접합제와 혼합하여 원료를 제조하는 단계;
b) 원료를 사출 성형하여 녹색 물체를 제조하는 단계;
c) 촉매적 및/또는 용매 및/또는 열적 탈지에 의해 녹색 물체로부터 접합제를 적어도 부분적으로 제거하여 갈색 물체를 제조하는 단계;
d) 원하는 성형 제품을 얻기 위해 적어도 부분적으로 탈지된 갈색 물체를 소결하는 단계를 포함하며,
본 발명의 방법은 접합제가 단계 c)에서 완전히 제거되며, 열적 탈지는, 선택적으로 하나 이상의 이전 탈지 단계를 실행한 후, (잔여) 접합제를 제거하기 위해 실행되며, 상기 열적 탈지는 적어도 0.5 부피%의 산소를 함유하는 분위기에서 실행되며, 그 후 이렇게 얻은, 완전히 탈지된(debinded 또는 debindered) 갈색 몸체가 소결되는 것을 특징으로 한다.
이 방법은, 단계 c)에서 접합제의 완전한 제거 때문에, 알루미늄 합금들의 고순도 성형 제품들을 생산하며, 플라스틱 재료와 합금 금속들의 원치 않는 반응이 없다. 접합제의 완전한 제거는 분위기에 산소의 존재 때문에 비교적 낮은 온도에서도 성취된다. 산소의 존재는 완전히 예방되어야 하는 현재의 교시와 반대로, 본 발명자들은 적어도 0.5 부피%의 소량의 산소는 알루미늄의 산화를 현저하게 증가시키지 않으나, 더 빠르고 완전한 탈지에 기여한다는 것을 발견하였다. 분말 혼합물의 조성물과 온도 조건에 따라, 예를 들어, 20 내지 100 부피%의 산소 함량이 사용되며, 이는 순수한 O2 기체를 사용할 수 있다는 것을 의미한다.
알루미늄 이외에, 알루미늄 합금은 어떠한 특정 제한도 받지 않는 하나 이상의 다른 금속을 함유한다. 합금 파트너들은 바람직하게는 마그네슘, 구리, 규소 및 망간으로 이루어진 그룹으로부터 선택되며 원하는 특성들을 가진 성형 제품들을 얻기 위해, 0.5 내지 25중량%의 비율로 함유되는 것이 특히 바람직하다. 비스무트, 주석, 납, 인듐 또는 아연과 같은 금속 또는 현저하게 낮은 용융점을 가지며, 일부 경우에, 용융이 시작되는 온도를 낮추는 소결 보조제로서 작용할 수 있는 우드 메탈과 같은 합금은 본 발명에 따라 필요하지 않으나, 원하는 경우, 개개의 합금들의 소결된 물체들을 얻기 위해서, 합금 파트너들로 여전히 첨가될 수 있다. 알루미늄과의 합금 형태로 다른 금속들, 즉 소위 마스터 합금 분말들을 사용하는 것이 특히 유리하다.
본 발명에 따라, 저온에서 제거할 수 있는 것으로 알려진 접합제, 폴리아세탈-계 접합제를 사용하는 것이 바람직하며, 예를 들어, EP 413,231, WO 94/25205 및 특히 EP 446,708에 BASF에 의해 개시되고 상표명 Catamold®으로 구입할 수 있는 폴리(옥시메틸렌)(POM)접합제들이 특히 바람직하다. 저온에서 그리고 산소의 존재하에서 빠르고 완전한 제거력을 촉진하도록 접합제가 바람직하게는 50 내지 95%, 더욱더 바람직하게는 80 내지 90%의 폴리아세탈로 이루어진 고 폴리아세탈 백분율을 갖는 것이 바람직하다. 선택적으로, 왁스와 폴리머를 기초로 한 접합제 시스템들이 사용될 수 있고, 주요 구성요소로서 왁스는 이전 용매 탈지에 의해 제거되는데, 즉, 본 발명에 따른 산소의 존재하에서 열적 탈지를 실행하기 전에 제거된다.
본 발명의 방법의 단계 c)에서 탈지는 접합제가 완전히 제거되는 산소의 존재하에서 단일 열적 탈지 단계를 포함할 수 있다. 선택적으로, 하나 이상의 이전 탈지 단계는 접합제의 주요 부분을 제거하도록 실행될 수 있고, 산소의 존재하에서 잔여 접합제를 제거하기 위해 본 발명의 열적 탈지 단계가 이어진다. 이전 탈지 단계는 또한 산소의 부존재 또는 산소의 존재하에서 열적 탈지 단계일 수 있다. 이것은 탈지를 위해 다른 공정 변수들 - 예를 들어 다른 온도 또는 예를 들어 산소 또는 공기 또는 순수한 산소 없이 및 이와 함께인 다른 분위기를 사용하여 다단계 열적 탈지 공정을 실행하는 것이 가능하다는 것을 의미한다.
본 발명의 바람직한 실시태양들에서, 촉매 탈지 및/또는 용매 탈지는 단계 c)에서 산소의 존재하에서 잔여 접합제를 제거하기 위해 열적 탈지 전에 실행된다. 이런 이전 탈지 단계들에서, 접합제의 주요 부분이 이미 조성물로부터 제거되어 단지 "백본" 구성요소가 후속 열적 탈지에 의해 제거되도록 존재한다.
촉매 탈지는 질산, 옥살산, 포름산 및 아세트산으로부터 선택된 적어도 하나의 산의 존재하에서 실행되는 것이 바람직하며, 이런 산들은 합금 구성요소들과의 원치 않는 부 반응들 없이 산가수분해에 의해 바람직한 폴리아세탈 접합제들의 완전한 제거를 가속시키기 때문이다. 용매 탈지의 경우에, 접합제의 주요 부분은, 예를 들어, 아세톤, n-헵텐, 물 등인 적절한 용매 또는 혼합 용매에 의한 추출에 의해 제거된다. 본 발명에 따라, 승화된 옥살산을 사용하여 촉매 탈지를 적용하는 것이 특히 바람직하다.
상기한 대로, 단계 c)에서 잔여 접합제를 제거하기 위한 열적 탈지 공정은, 특히 분말 혼합물에 함유된 알루미늄의 산화 반응을 피하기 위해 비교적 저온에서 실행된다. 본 발명에서 비교적 저온은 알루미늄의 용융점, 바람직하게는 500℃ 미만, 더욱 바람직하게는 100 내지 420℃보다 현저하게 낮은 온도를 의미한다. 개별 분말 혼합물에 대해 최적화된 온도 프로파일을 설정하여, 5K/min 이하, 더욱 바람직하게는 1 내지 2K/min 이하의 가열 속도를 제공하는 것이 특히 바람직하다. 이런 방식으로, 탈지될 혼합물은 부드럽고 균일하게 가열된다.
본 발명의 방법의 소결 단계 d)는 접합제는 미리 완전히 제거돼야 한다는 사실을 제외하고 어떠한 특정 제한도 받지 않는다. 그러나, 이하에서 상세하게 기술될 것과 같이, 액체상이 형성되자마자 소결 단계를 실행하는 것이 바람직하다.
분말 야금 압축 성형 공정들의 성형 제품들을 제조하는 공지된 기술은 압축 공정은 매트릭스에 있는 알루미나-덮인 알루미늄 입자들의 표면을 기계적으로 손상시키며, 상기 손상은 야금 반응을 허용한다는 이론적 가정을 기초로 한다. 그러나, 사출 성형에 의해 얻은 사실상 (완전히) 탈지된 갈색 물체는 금속 분말의 압축된 층이며, 금속들의 산화물 표면들은 어떠한 기계적 부하를 받지 않았고 따라서 이런 공지된 메커니즘에 따르지 않는다. 이것은 분말 입자들 사이에 직접적인 금속-금속 접촉이 없다는 것을 의미한다. 그럼에도 불구하고, 소결 조건들을 적절하게 선택함으로써, 본 발명의 방법은 소결된 물체의 압축이 나타나게 되는 필요한 수축을 성취하는데 성공하며, 따라서 최대의 가능한 정도로 압축된 성형 부품들을 얻는데 성공한다.
따라서, 본 발명에 따라, 단계 d)에서 완전히 탈지된 갈색 물체가 액체상을 형성하면서 소결되는 실시태양들이 바람직하다. 임의의 이론에 한정되지 않기를 바라며, 본 발명자들은 부분적으로 매개되나 주로 정지된, 즉 고체 Al 상과 열역학적 평형상태인 액체상이 금속 분말 입자들의 산화물 표면들에서 미세균열 미세구멍 또는 유사 "개구부"를 통해 분말 혼합물에 있는 금속들 사이에 필요한 접촉을 만들며 산화물 표면들 밑에서 변형함으로써, 완전히 탈지된 갈색 몸체로부터 매우 압축된 소결 물체의 형성을 촉진한다는 것을 믿는다. 개개의 알루미늄 합금의 고체상 온도 및 액체상 온도 사이의 온도에서 단계 d)에서 소결을 실행하는 것이 특히 바람직하며, 그 결과 소결 공정 동안 시간의 각 지점에서, 적절한 온도 프로파일을 선택함으로써 제어될 수 있는 합금 금속들의 일부는 치수 안정성의 손실을 효과적으로 예방하는 액체상이다.
본 발명의 방법의 각 단계들에서 개별 분위기들의 조성물은, 단계 c)에서 열적 탈지를 위한 산소의 존재를 제외하고, 임의의 특정한 제한을 받지 않는다; 당업자들은 각 단계를 위한 개별 분말 혼합물에 가장 적합한 분위기를 선택할 수 있으며, 진공도 또한 선택사항이 된다. 그러나, 소결 단계 d)는 정상 압력하에서 또는 감압하에서("부분압 소결"), 극도로 건조한, 질소-함유 분위기, 즉 순수한 질소에서, 또는 바람직하게는 -40℃ 미만의 이슬점을 가진 질소와 순수한 불활성 기체(헬륨, 아르곤)의 혼합물에서 실행되는 것이 바람직한데, 이는 질소의 존재가 성장하는 금속 용융물과 함께 분말 입자들의 습윤성을 현저하게 촉진하기 때문이다.
소결 단계 이후 선택적으로 적절한 추가 처리가 이어질 수 있으며 이에 의해 최종 성형 부품들은 원하는 형태를 유지하게 된다. 예를 들어, 성형 부품들의 원하는 최종 밀도를 얻기 위해서 공지된 열간등방압 가압성형(HIP) 공정을 사용하는 것이 가능하다. 이 공정에서, 소결 단계 이후 여전히 존재하는 잔여 구멍들은 외부 기체 압력과 고온의 영향하에서 밀봉된다.
본 발명의 내용 중에 포함되어 있다.
도 1은 실시예 9로부터 얻은 녹색 물체(위) 및 소결 물체(아래)의 사진이다.
도 2는 실시예 10으로부터 얻은 녹색 물체(왼쪽) 및 소결 물체(오른쪽)의 사진이다.
본 발명은 이하에서 상세하게 기술될 것이며, 비 제한적인 특정한 예시적 실시태양들을 인용한다.
실시예들
아래 실시예들에서 제조한 모든 원료들을 190℃에서 가열된 실험실 혼합기에서 균질화하였다. 각각 장력 테스트를 위한 막대 또는 속이 빈 원통을 ISO 2740에 따른 사출 성형에 의해 이런 원료들로 형성하였고, 하기한 대로 본 발명의 방법을 사용하였다. PIM 장비를 구비한 수압 사출 성형 장치(Battenfeld HM 600/130)를 녹색 물체들을 제조하기 위해 사용하였다.
제 1 단계에서, 원료를 먼저 사출 성형 장치의 깔때기에 채웠다. 녹색 물체들을 제조하기 위한 사출 성형 공정은 다음 단계를 포함하였다: 내부에 회전하는 스크류를 가진 가열된 사출 실린더를 사용하여, 선처리된 충전 재료를 가소화하고 미리 설정한 변수(예를 들어, 회전 속도, 사용 부피, 뒤쪽 압력 등을 포함)에 따라 미리 제공하였다. 그런 후에 미리 제공된 양을 적절하게 알맞은 장치 속에 주입하였다. 그 안에 사용된 원료와 접합제에 따라, 사출 실린더에서 가소화 온도는 120 내지 220℃인 반면, 장치 내부 온도는 25 내지 140℃이었다. 충분히 긴 냉각기간 후, 사출 성형 장치를 개방하고 녹색 물체를 핸들링 장치를 사용하여 장치로부터 배출하여 제거하였다.
실시예 1 - 장력 테스트 막대:용매 탈지/열적 탈지
알루미늄과 14중량%의 규소, 2.5중량%의 구리 및 0.6중량%의 마그네슘으로 이루어진 구입가능한 금속 분말 혼합물(Ecka의 Alumix®231)을 왁스/열가소성 플라스틱으로 이루어진 용매 접합제와 완전히 혼합하여 원료를 얻었다.
원료 구성요소 백분율(중량%)
Alumix 231 분말* 74.8
용매 접합제: 왁스 비율 14.8
용매 접합제: 열가소성 플라스틱 비율 8.2
스테아르산 2.2
100.0
* 알루미늄과 14중량%의 규소, 2.5중량%의 구리 및 0.6중량%의 마그네슘으로 이루어진 (Ecka로부터) 구입가능한 금속 분말 혼합물
장력 테스트 막대의 탈지 및 소결
이 원료를 12시간 동안 45℃에서 60 l 오븐에서 아세톤을 사용하여 용매 추출함으로써 먼저 탈지하였다.
이렇게 얻은 갈색 물체는 대략 14.5중량%의 잔여 접합제를 함유하며, 잔여 접합제는 뒤이어 순수 산소를 함유하는 분위기에서 본 발명에 따른 열적 탈지에 의해, 1시간 동안 150℃ 내지 320℃ 그런 후에 1.5시간 동안 320 내지 420℃의 온도 프로파일을 사용하여 제거된다. 그런 후에 이렇게 완전히 탈지된 갈색 물체를 순수한 질소(응결점: -50℃)에서 560℃에서 1시간 내로 소결하였다.
결과
길이 수축: 11.6%
막대 지름의 수축: 12.25%
소결 밀도: 2.36g/cm3
실시예 2 - 장력 테스트 막대: 단일 단계의 열적 탈지
원료 구성요소 백분율(중량%)
알루미늄 분말 67.1
마스터 합금 분말* 4.3
POM 접합제 25.8
Lucryl G55** 2.8
100.0
* 50/50 알루미늄 및 마그네슘으로 이루어진 마스터 합금
** 구입가능한 폴리(메틸메타크릴레이트)(BASF로부터의 PMMA)
장력 테스트 막대의 탈지 및 소결
다음 탈지 프로파일에 따라 순수한 산소의 200 l/h의 존재하에서 40 l 오븐에서 완전한 열적 탈지를 실행하였다:
- 2K/min의 가열 속도에서 130℃로 가열
- 온도를 4시간 동안 130℃로 유지
- 2K/min의 가열 속도에서 200℃로 가열
- 온도를 5시간 동안 200℃로 유지
- 2K/min의 가열 속도에서 420℃로 가열
- 온도를 4시간 동안 420℃로 유지
열적 탈지 동안 중량 손실은 24.2%에 해당하였다.
그런 후에 막대를 순수한 질소에서 1시간 동안 소결하였고, 오븐 온도를 665℃로 설정하였고 오븐 내부는 대략 630℃에 해당하였다.
결과
길이 수축: 12.27%
막대 지름의 수축: 14.52%
소결 밀도: 2.46g/cm3
실시예 3 - 장력 테스트 막대: 이중 열적 탈지
원료 구성요소 백분율(중량%)
알루미늄 분말 70.1
마그네슘 분말 2.2
POM 접합제 24.0
계면활성제* 3.7
100.0
* 7 EO-단위를 가진 에톡실화 C13-C15-옥소알코올
장력 테스트 막대의 탈지 및 소결
먼저, 14시간 동안 180℃에서 500 l/h의 공기로 50 l 오븐에서 제 1 열적 탈지를 실행하였다. 중량 손실: 27.0%.
그런 후에, 1시간 내에서 순수한 질소에서 420℃까지의 온도에서 제 2 열적 탈지를 실행하였고, 다시 뒤이어 665℃로 설정된 오븐 온도에서 1시간 동안 소결하였다.
결과
길이 수축: 9.5%
막대 지름의 수축: 11.4%
소결 밀도: 2.13g/cm3
실시예 4 - 장력 테스트 막대: 촉매적/열적 탈지
원료 구성요소 백분율(중량%)
알루미늄 분말 70.1
마그네슘 분말 2.2
POM 접합제 24.0
계면활성제* 3.7
100.0
* 7 EO-단위를 가진 에톡실화 C13-C15-옥소알코올
장력 테스트 막대의 탈지 및 소결
먼저, 10시간 동안 140℃에서 500 l/h의 질소(엄밀한 등급)로 2 부피%의 HNO3를 사용하여 50 l 오븐에서 촉매적 탈지를 실행하였다. 중량 손실: 22.1%. 그런 후에, 비드-유사 증식물들이 표면상에서 관찰되었고, Mg와 HNO3의 반응에 의해 형성된 것으로 추측되었다.
그런 후에, 실시예 3에 기술한 대로, 1시간 내에서 순수한 질소에서 420℃까지의 온도에서 열적 탈지를 실행하였고, 다시 뒤이어 665℃로 설정된 오븐 온도에서 1시간 동안 소결하였다.
결과
길이 수축: 10.7%
막대 지름의 수축: 14.65%
소결 밀도: 2.36g/cm3
실시예 5 - 장력 테스트 막대: 촉매적 /열적 탈지
원료 구성요소 백분율(중량%)
알루미늄 분말 70.1
마그네슘 분말 2.2
POM 접합제 24.0
계면활성제* 3.7
100.0
* 7 EO-단위를 가진 에톡실화 C13-C15-옥소알코올
장력 테스트 막대의 탈지 및 소결
먼저, HNO3 대신에 승화 접시 상의 80g 무수 옥살산을 사용하여, 24시간 동안 140℃에서 실시예 4에 따른 촉매적 탈지를 실행하였다. 중량 손실: 23.0%. 옥살산을 사용할 때, 표면상에 보이는 증식물들이 없었다. 그런 후에, 열적 탈지와 소결을 실시예 4에 따라 실행하였다.
결과
길이 수축: 14.28%
막대 지름의 수축: 15.68%
소결 밀도: 2.42g/cm3
실시예 6 - 장력 테스트 막대: 촉매적 /열적 탈지
원료 구성요소 백분율(중량%)
Alumix 231 분말* 70.8
POM 접합제* 25.6
계면활성제** 3.6
100.0
* 알루미늄과 14중량%의 규소, 2.5중량%의 구리 및 0.6중량%의 마그네슘으로 이루어진 (Ecka로부터) 구입가능한 금속 분말 혼합물
** 7 EO-단위를 가진 에톡실화 C13-C15-옥소알코올
장력 테스트 막대의 탈지 및 소결
먼저, 실시예 5에 따라 촉매적 탈지를 실행하였다. 중량 손실: 25.2%. 그런 후에, 560℃로 설정된 오븐 온도를 사용하여, 열적 탈지와 소결을 실시예 4에 따라 실행하였다.
결과
길이 수축: 11.2%
막대 지름의 수축: 13.2%
소결 밀도: 2.45g/cm3
실시예 7 - 장력 테스트 막대: 촉매적 /열적 탈지
원료 구성요소 백분율(중량%)
알루미늄 분말 68.0
마스터 합금 분말* 4.3
POM 접합제 24.0
계면활성제** 3.7
100.0
* 50/50 알루미늄과 마그네슘으로 이루어진 마스터 합금
** 7 EO-단위를 가진 에톡실화 C13-C15-옥소알코올
장력 테스트 막대의 탈지 및 소결
먼저, 실시예 5에 따라 촉매적 탈지를 실행하였다. 중량 손실: 23.2%. 그런 후에, 열적 탈지와 소결을 실시예 4에 따라 실행하였다.
결과
길이 수축: 12.6%
막대 지름의 수축: 13.25%
소결 밀도: 2.56g/cm3
실시예 8 - 속 빈 원통: 촉매적 /열적 탈지
원료 구성요소 백분율(중량%)
알루미늄 분말 68.0
마스터 합금 분말* 4.3
POM 접합제 24.0
계면활성제** 3.7
100.0
* 50/50 알루미늄과 마그네슘으로 이루어진 마스터 합금
** 7 EO-단위를 가진 에톡실화 C13-C15-옥소알코올
속 빈 원통의 탈지 및 소결
먼저, 실시예 5에 따라 열적 탈지를 실행하였다. 중량 손실: 23.7%. 그런 후에, 열적 탈지와 소결을 실시예 4에 따라 실행하였다.
결과
높이 수축: 17.24%
지름의 수축: 14.48%
소결 밀도: 2.59g/cm3
실시예 9 - 장력 테스트 막대: 촉매적 /열적 탈지
원료 구성요소 백분율(중량%)
알루미늄 분말 67.1
마스터 합금 분말* 4.3
POM 접합제* 25.8
Lucryl G55** 2.8
100.0
* 50/50 알루미늄과 마그네슘으로 이루어진 마스터 합금
** 구입가능한 폴리(메틸메타크릴레이트)(BASF로부터의 PMMA)
장력 테스트 막대의 탈지 및 소결
먼저, 실시예 5에 따라 촉매적 탈지를 실행하였다. 중량 손실: 25.7%. 그런 후에, 열적 탈지와 소결을 실시예 4에 따라 실행하였다.
결과
길이 수축: 13.57%
막대 지름의 수축: 19.55%
소결 밀도: 2.59g/cm3
실시예 10 - 속 빈 원통: 촉매적 /열적 탈지
원료 구성요소 백분율(중량%)
알루미늄 분말 67.1
마스터 합금 분말* 4.3
POM 접합제 25.8
Lucryl G55** 2.8
100.0
* 50/50 알루미늄과 마그네슘으로 이루어진 마스터 합금
** 구입가능한 폴리(메틸메타크릴레이트)(BASF로부터의 PMMA)
속 빈 원통의 탈지 및 소결
먼저, 실시예 5에 따라 촉매적 탈지를 실행하였다. 중량 손실: 25.6%. 그런 후에, 열적 탈지와 소결을 실시예 4에 따라 실행하였다.
결과
높이 수축: 16.52%
지름의 수축: 14.48%
소결 밀도: 2.56g/cm3
본 발명의 방법은 사출 성형에 의해 알루미늄 합금의 소결된 물체들을 제공할 수 있으며, 수송, 건설, 기계공학, 포장산업 및 철강 산업, 전기공학, 가전제품 등의 분야를 포함하는 다른 분야들에서 실질적인 응용에 적합한데, 예를 들어, 전자 장치에서 히트 싱크(heat sink)로서 또는 공기조화 시스템의 구성요소로서 열을 분산시키는데 적합하다.

Claims (19)

  1. 금속 사출 성형에 의해 알루미늄 합금을 기초로 한 성형 제품을 제조하는 방법으로서, 다음 단계:
    a) 금속 분말들 및/또는 하나 이상의 금속 합금 분말들 형태로 원하는 합금에 포함된 금속들을 접합제와 혼합하여 원료를 제조하는 단계;
    b) 원료를 사출 성형하여 녹색 물체를 제조하는 단계;
    c) 촉매적 및/또는 용매 및/또는 열적 탈지에 의해 녹색 물체로부터 접합제를 적어도 부분적으로 제거하여 갈색 물체를 제조하는 단계;
    d) 원하는 성형 제품을 얻기 위해 적어도 부분적으로 탈지된 갈색 물체를 소결하는 단계를 포함하며,
    단계 c)에서, 접합제가 완전히 제거되는 것을 특징으로 하며, 열적 탈지는, 선택적으로 하나 이상의 이전 탈지 단계를 실행한 후, (잔여) 접합제를 제거하기 위해 실행되며, 상기 열적 탈지는 적어도 0.5 부피%의 산소를 함유하는 분위기에서 실행되며, 그 후 이렇게 얻은, 완전히 탈지된 갈색 몸체가 소결되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    알루미늄 이외에, 알루미늄 합금이 마그네슘, 구리, 규소 및 망간으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    알루미늄 이외에, 알루미늄 합금이 각각 0.5 내지 25중량%로 하나 이상의 금속을 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    금속(들)은 마스터 합금 분말(들)로 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    폴리아세탈-계 접합제, 예를 들어, 폴리옥시메틸렌(POM) 접합제가 상기 접합제로 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    접합제는 50 내지 95%의 폴리아세탈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    접합제는 80 내지 90%의 폴리아세탈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 c)는 산소의 존재하에서 하나 이상의 단계로 실행되며 전체 접합제를 제거하는 열적 탈지만을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 c)는 접합제의 주요 부분을 제거하는 용매 탈지를 포함하며, 뒤이어 잔여 접합제를 제거하기 위해 상기 열적 탈지를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 c)는 접합제의 주요 부분을 제거하는 촉매적 탈지를 포함하며, 뒤이어 잔여 접합제를 제거하기 위해 상기 열적 탈지를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    촉매적 탈지는 질산, 옥살산, 포름산 및 아세트산으로부터 선택된 적어도 하나의 산의 존재하에서 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    승화된 옥살산이 산으로 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    임의의 잔여 접합제를 제거하기 위한 상기 열적 탈지는 500℃ 미만의 온도에서 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    임의의 잔여 접합제를 제거하기 위한 상기 열적 탈지는 100 내지 420℃의 특정한 온도 프로파일을 사용하여 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    잔여 접합제를 제거하기 위한 상기 열적 탈지 동안 가열 속도는 5K/min을 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    가열 속도는 1 내지 2K/min을 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 d)에서, 완전하게 탈지된 갈색 물체는 액체상을 형성하면서 소결되는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    소결은 개별 알루미늄 합금의 고체상 및 액체상 온도 사이의 온도에서 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열적 탈지 단계 이후 소결 온도에 도달하는 가열 속도는 4 내지 20K/min인 것을 특징으로 하는 방법.
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101746877B1 (ko) 2009-06-25 2017-06-27 바스프 에스이 열가소성 몰딩 조성물을 이용하여 사출 성형, 압출 또는 압착에 의해 제조된 금속 및/또는 세라믹 성형체로부터 결합제를 연속적으로 열적으로 제거하는 방법
CN104057090A (zh) * 2013-03-20 2014-09-24 江苏天一超细金属粉末有限公司 打印金属、陶瓷制品的金属、陶瓷粉末与聚合物混融材料及聚合物在成型品中的脱除方法
CN104057089A (zh) * 2013-03-20 2014-09-24 江苏天一超细金属粉末有限公司 制造金属、陶瓷制品的金属、陶瓷粉末与聚合物混融物及聚合物从成型品中酸催化脱除方法
GB2513869B (en) * 2013-05-07 2015-12-30 Charles Grant Purnell Aluminium alloy products, and methods of making such alloy products
CN104227002A (zh) * 2013-06-19 2014-12-24 东莞市事通达机电科技有限公司 一种铝粉冶金注射成型工艺
CN103769587A (zh) * 2013-11-28 2014-05-07 王利民 一种金属3d打印法产品生产方法及设备
TWI669330B (zh) * 2018-05-23 2019-08-21 晟銘電子科技股份有限公司 金屬射出成型射料組合物、成型體及其製備方法
CN108889950A (zh) * 2018-06-21 2018-11-27 深圳市富优驰科技有限公司 一种中空散热器的制备方法及中空散热器
US10724932B1 (en) * 2019-05-29 2020-07-28 The Boeing Company Monolithic precursor test coupons for testing material properties of metal-injection-molded components
US11229951B2 (en) 2019-05-29 2022-01-25 The Boeing Company Monolithic precursor test coupons for testing material properties of metal-injection-molded components and methods and apparatuses for making such coupons
US11219960B2 (en) 2019-05-29 2022-01-11 The Boeing Company Flash-removal tool
CN113878116A (zh) * 2021-10-11 2022-01-04 深圳艾利佳材料科技有限公司 一种基于仿形治具的薄壁长条零部件的烧结方法
WO2023156610A1 (en) 2022-02-18 2023-08-24 Basf Se A process for the treatment of at least one three-dimensional green body

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE68912613T2 (de) * 1988-02-18 1994-05-11 Sanyo Chemical Ind Ltd Formbare Zusammensetzung.
JP3128130B2 (ja) * 1989-08-16 2001-01-29 ビーエーエスエフ アクチェンゲゼルシャフト 無機焼結成形体の製造方法
US5176740A (en) * 1989-12-29 1993-01-05 Showa Denko K.K. Aluminum-alloy powder, sintered aluminum-alloy, and method for producing the sintered aluminum-alloy
DE4007345A1 (de) 1990-03-08 1991-09-12 Basf Ag Thermoplastische massen fuer die herstellung metallischer formkoerper
JPH06192706A (ja) * 1992-12-25 1994-07-12 Sanyo Chem Ind Ltd 焼結性粉末成形体の脱脂方法
DE4314694C1 (de) 1993-05-04 1994-05-11 Basf Ag Verfahren zur Herstellung von Sinterformteilen
CA2133387A1 (en) * 1993-10-01 1995-04-02 Basf K&F Corporation Process for improving the debinding rate of ceramic and metal injection molded products
JPH0820803A (ja) * 1993-11-22 1996-01-23 Sanyo Chem Ind Ltd 焼結体の製造方法
DE59508447D1 (de) * 1994-09-15 2000-07-13 Basf Ag Verfahren zur Herstellung metallischer Formteile durch Pulverspritzguss
JP2000017304A (ja) * 1998-06-29 2000-01-18 Olympus Optical Co Ltd 無機粉末焼結体の製造方法及び無機粉末焼結体
JP2000063903A (ja) * 1998-08-13 2000-02-29 Citizen Watch Co Ltd 粉末射出成形部品の製造方法
US6376585B1 (en) * 2000-06-26 2002-04-23 Apex Advanced Technologies, Llc Binder system and method for particulate material with debind rate control additive
US7691174B2 (en) * 2004-03-08 2010-04-06 Battelle Memorial Institute Feedstock composition and method of using same for powder metallurgy forming a reactive metals
EP2056984A1 (en) * 2006-08-07 2009-05-13 The University of Queensland Metal injection moulding method
KR20080027171A (ko) * 2006-09-22 2008-03-26 세이코 엡슨 가부시키가이샤 소결체의 제조방법 및 소결체
KR101746877B1 (ko) * 2009-06-25 2017-06-27 바스프 에스이 열가소성 몰딩 조성물을 이용하여 사출 성형, 압출 또는 압착에 의해 제조된 금속 및/또는 세라믹 성형체로부터 결합제를 연속적으로 열적으로 제거하는 방법

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