KR20160082948A - Manufacturemethod for titanium powder - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 티타늄(Ti) 분말 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이산화티타늄(TiO2)과 금속환원제의 자전연소합성반응에 의하여 생성된 티타늄(Ti) 분말을 고밀도 열원에 의하여 표면 개질된 티타늄(Ti) 분말을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing titanium (Ti) powder, and more particularly, to a method for manufacturing a titanium (Ti) powder by a titanium oxide (TiO 2 ) (Ti) powder.
티타늄 분말은 물리화학적 특성이 우수하기 때문에 각종 부품의 재료로 널리 사용되고 있다.Titanium powder is widely used as a material for various parts because of its excellent physical and chemical properties.
일반적으로 티타늄 분말은크롤(Kroll)공정으로 제조된다. 크롤공정에서는, 산화물 형태의 티타늄(Ti)을 염소화시킨 다음에 분말화하여 사염화물(TiCl4) 형태로 제조한다. 그리고 제조된 티타늄 사염화물(TiCl4)을 용융된 마그네슘(Mg)으로 환원시켜서 티타늄 스펀지와 반응부산물인 마그네슘 염화물(Mgcl2)이 제조된다. 다음으로 반응 부산물인 마그네슘 염화물이 진공증류로 제거되어 티타늄(Ti) 스펀지가 회수된다. 회수된 티타늄(Ti) 스펀지는 파쇄되어 티타늄(Ti) 분말로 제조된다. 그러나 크롤 공정의 경우에는, 티타늄(Ti)에 대한 염화 및 반응 부산물의 제거를 위한 증류가 수행되므로, 상대적으로 제조를 위한 장치의 개수가 증가되고, 제조에 소요되는 시간이 증가되는 단점이 있다.Generally, the titanium powder is produced by a Kroll process. In the crawling process, titanium oxide (Ti) in an oxide form is chlorinated and then pulverized into a tetrachloride (TiCl 4 ) form. Titanium sponge and magnesium chloride (MgCl 2 ), which is a byproduct of reaction, are produced by reducing the produced titanium tetrachloride (TiCl 4 ) with molten magnesium (Mg). Next, magnesium chloride as a reaction by-product is removed by vacuum distillation, and a titanium (Ti) sponge is recovered. The recovered titanium (Ti) sponge is shredded and made of titanium (Ti) powder. However, in the case of the crawling process, since chlorination of titanium (Ti) and distillation for removing reaction by-products are performed, there is a disadvantage that the number of apparatuses for manufacturing is increased and the time required for manufacturing is increased.
이와 같은 크롤 공정의 단점을 해결하기 위하여 전해제련(Electrometallurgy)공정이 제안되고 있다. 전해제련 공정에서는, 반응 부산물의 제거를 위한 증류가 삭제되고, 용융염 전해질 내에서 산화환원 전위차를 이용하여 티타늄(Ti)만을 선택적으로 회수된다. 그러나 전해제련 공정의 경우에는, 크롤 공정의 단점은 해결할 수 있으나, 수계전해질의 분해전압이 물의 분해전압보다 높기 때문에 반드시 용융염 전해질 내에서 진행되어야 한다. 따라서 전해제련 공정에서는, 장치의 부식 방지나 반응 분위기를 제어하여야 하는 단점이 있다.Electrometallurgy processes have been proposed to solve the disadvantages of such a crawling process. In the electrolytic smelting process, distillation for removing reaction by-products is eliminated, and only titanium (Ti) is selectively recovered using the redox potential difference in the molten salt electrolyte. However, in the electrolytic smelting process, the disadvantage of the crawling process can be solved, but since the decomposition voltage of the water-based electrolyte is higher than the decomposition voltage of water, it must necessarily proceed in the molten salt electrolyte. Therefore, in the electrolytic smelting process, there is a disadvantage that the corrosion of the apparatus and the reaction atmosphere must be controlled.
또한 상기 공정들로 생성된 티타늄(Ti) 분말은 높은 생산비용 및 시설비용, 표면이 거칠며, 일정하지 못한 입자, 연속작업의 어려움, 낮은 생산효율 및 분쇄에 따른 많은 불순물의 함입 등의 단점이 있다.In addition, the titanium (Ti) powder produced by the above processes has disadvantages such as high production cost and facility cost, rough surface, inconsistent particles, difficulty in continuous operation, low production efficiency, and impurities due to pulverization .
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 티타늄(Ti) 분말이 전자빔 용해법(Electron Beam Melting), DC 플라즈마 처리(DC Plasma Treatment), RF 플라즈마 처리(RF Plasma Treatment) 및 진공아크 용해법(Vacuum Arc Melting)중 어느 하나의 처리법에 의해 표면 개질되는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above and it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a magnetic recording medium in which titanium (Ti) powder is subjected to electron beam melting, DC plasma treatment, RF Plasma Treatment) and vacuum arc melting (Vacuum Arc Melting).
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 이산화티타늄(TiO2) 및 금속 환원제를 포함하는 원료를 자전연소합성반응(SHS : self- Propagating High Temperature Synthesis)하여 티타늄(Ti) 스펀지, 금속 환원제 산화물 및 잉여의 금속 환원제가 생성되는 (1) 단계, 상기 (1) 단계에서 생성된 금속 환원제 산화물과 잉여의 금속 환원제가 산 침출(Acid leaching) 공정으로 제거되는 (2) 단계, 상기(2) 단계에서 금속 환원제 산화물과 잉여의 금속 환원제가 제거된 티타늄(Ti) 스펀지가 소결체 형상으로 파쇄되어 티타늄(Ti) 분말이 생성되는 (3)단계 및 상기 (3) 단계에서 생성된 상기 티타늄(Ti) 분말 표면이 전자빔 용해법(Electron Beam Melting), DC 플라즈마 처리법(DC Plasma Treatment), RF 플라즈마 처리법(RF Plasma Treatment) 및 진공아크 용해법(Vacuum Arc Melting)중 어느 하나의 처리법에 의해 표면 개질 되는 (4) 단계를 포함하는 티타늄(Ti) 분말 제조 방법을 제공하는 것이다.In order to attain the above described object of the present invention, the present invention is titanium dioxide (TiO 2) and rotating the raw material containing the metal reductant combustion synthesis reaction (SHS: self- Propagating High Temperature Synthesis ) and titanium (Ti) sponge, metal (2) in which the metal reducing agent oxide and the excess metal reducing agent produced in the step (1) are removed by an acid leaching process, the step (2) in which the reducing agent oxide and the excess metal reducing agent are produced, (3) in which the metal reducing agent oxide and the excess of the metal reducing agent are removed in the step (3) and the titanium (Ti) sponge is broken into the sintered body form to produce the titanium (Ti) ) Powder surface is subjected to any one of an electron beam melting method, a DC plasma treatment method, an RF plasma treatment method, and a vacuum arc melting method Titanium containing surface modification (4) steps is to provide a (Ti) powder production process.
보다 상세하게는, 상기 (1) 단계에서 사용되는 금속 환원제는 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 탄소(C) 또는 칼슘(Ca)일 수 있다.More specifically, the metal reducing agent used in step (1) may be magnesium (Mg), aluminum (Al), carbon (C), or calcium (Ca).
또한 상기 이산화티타늄(TiO2) 및 상기 금속 환원제는 각각의 분말을 혼합하여 압축된 성형체 형태로 혼합물이 제조된다. 상기 압축된 형태의 혼합물은 상기 자전연소합성반응시 반응기 내부에 셀프 스탠딩이 가능하다.Also, the titanium dioxide (TiO 2 ) and the metal reducing agent are prepared by mixing each powder and in the form of a compacted compact. The compressed mixture may be self-standing inside the reactor during the reaction of the self-assembled combustion reaction.
그리고 상기 (2) 단계(S20)에서는, 상기 이산화티타늄(TiO2)이 환원된 후 생성된 금속 환원제 산화물 및 잉여의 금속 환원제가 산 침출 공정을 통해 제거될 수 있다. 따라서 상기 금속 환원제 산화물 및 잉여의 금속 환원제가 제거됨으로써, 티타늄(Ti) 스펀지만 선택적으로 회수할 수 있다.In step (2) (S20), the metal reducing agent oxide and the excess metal reducing agent generated after the reduction of the titanium dioxide (TiO 2 ) may be removed through an acid leaching process. Accordingly, only the titanium sponge can be selectively recovered by removing the metal reducing agent oxide and the surplus metal reducing agent.
또한 상기 (3) 단계(S30)에서는, 상기 티타늄(Ti) 스펀지는 파쇄되어 소결체 형상인 티타늄(Ti) 분말로 제조될 수 있다.Also, in the step (3) (S30), the titanium (Ti) sponge may be crushed to produce titanium (Ti) powder in the form of a sintered body.
한편 상기 (4) 단계의 상기 티타늄(Ti) 분말은 표면 개질 처리과정 중 발생된 열에 의해 입자의 크기가 조절될 수 있다. 상기 (4) 단계에서 상대적으로 작은 입자크기를 가지는 상기 티타늄(Ti) 분말은 표면 개질되는 과정에서 응축되어 표면 개질되기 전의 티타늄(Ti) 분말의 입자크기에 비하여 상대적으로 증가될 수 있다.Meanwhile, the size of the titanium (Ti) powder in the step (4) can be controlled by the heat generated during the surface modification process. In the step (4), the titanium (Ti) powder having a relatively small particle size may be relatively increased in comparison with the particle size of the titanium (Ti) powder before being condensed and surface modified in the course of surface modification.
본 발명의 다른 실시예에서는, 상기 티타늄(Ti) 분말은 초기 분말의 입자의 크기와 표면 개질 후의 입자의 크기가 동일할 수 있다.In another embodiment of the present invention, the titanium (Ti) powder may have the same particle size of the initial powder and the same particle size after the surface modification.
상기 본 실시예에 따른 표면 개질 이전의 티타늄(Ti) 분말의 입자 크기는 0.1㎛ 내지 200㎛이며, 표면 개질 단계 이후의 티타늄(Ti) 분말의 입자의 크기는 0.1㎛ 내지 200㎛에서 제조될 수 있다.The particle size of the titanium (Ti) powder before the surface modification according to the present embodiment is 0.1 to 200 μm, and the size of the particles of the titanium (Ti) powder after the surface modification can be 0.1 to 200 μm have.
그리고 상기 (1) 내지 (4)단계의 제조 방법으로 제조된 티타늄(Ti) 분말은 금속분말 사출성형 공정을 이용한 부품제조 및 3D 프린팅 재료로 사용될 수 있다.The titanium (Ti) powder prepared by the manufacturing method of the above steps (1) to (4) can be used as a part manufacturing and 3D printing material using a metal powder injection molding process.
본 발명의 실시예에 의한 티타늄(Ti) 분말 제조방법에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있게 된다. According to the method for producing titanium (Ti) powder according to the embodiment of the present invention, the following effects can be expected.
먼저 본 발명의 실시예에서는, 티타늄(Ti) 분말을 열처리를 통한 입자의 크기를 조절할 수 있다. First, in the embodiment of the present invention, the particle size of the titanium (Ti) powder can be controlled by heat treatment.
나아가, 입자의 크기가 조절된 티타늄(Ti) 분말은 표면 개질되어 보다 부드러운 표면을 가질 수 있다.Further, the titanium (Ti) powder whose particle size is adjusted may be surface-modified to have a smoother surface.
또한 고밀도 열원 처리법 특성상 티타늄(Ti) 분말 내부에 포함된 불순물들을 제거하여 고순도의 티타늄(Ti) 분말을 제조할 수 있다.In addition, high purity titanium (Ti) powder can be produced by removing the impurities contained in the titanium (Ti) powder due to the high-density heat source treatment method.
도 1은 본 발명에 실시예에 의한 티타늄(Ti) 분말 제조방법을 개략적으로 보인 흐름도.
도 2는 본 발명에 실시예에 의한 티타늄(Ti) 분말 제조시 표면 개질 공정에 따른 사진을 나타낸 것으로, (a)는 DC 플라즈마 처리 전 티타늄(Ti) 분말 사진, (b)는 DC 플라즈마 처리 후 티타늄(Ti) 분말 사진.
도 3은 금속 환원제인 마그네슘(Mg)의 몰비에 따른 반응온도 및 반응생성물의 분율 변화도.
도 4는 자전연소합성반응시 이산화티타늄(TiO2)과 금속 환원제인 마그네슘(Mg)의 반응에서 연소파 진행시간에 따른 온도변화를 측정한 결과 그래프.
도 5는 표면 개질된 분말과 상업용 티타늄 분말의 XRD(X-ray Diffraction) 분석결과를 나타낸 그래프.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a flow chart schematically illustrating a method for producing titanium (Ti) powder according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 2 is a photograph of a titanium (Ti) powder according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 (a) is a photograph of titanium (Ti) powder before DC plasma treatment, Photo of titanium (Ti) powder.
FIG. 3 is a graph showing changes in reaction temperature and fraction of reaction products depending on the molar ratio of magnesium (Mg) as a metal reducing agent.
FIG. 4 is a graph showing the results of measuring the temperature change with the progress of the combustion wave in the reaction between titanium dioxide (TiO 2 ) and magnesium (Mg) as a metal reducing agent during the reaction of the synthesis of the combustion.
5 is a graph showing the XRD (X-ray diffraction) analysis results of the surface-modified powder and the commercial titanium powder.
이하에서는 본 발명의 실시예에 의한 티타늄(Ti) 분말 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method for manufacturing titanium (Ti) powder according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 실시예에 의한 티타늄(Ti) 분말 제조방법을 개략적으로 보인 흐름도이고, 도 2는 본 발명에 실시예에 의한 티타늄(Ti) 분말 제조시 표면 개질 공정에 따른 사진을 나타낸 것으로, (a)는 DC 플라즈마 처리 전 티타늄(Ti) 분말 사진, (b)는 DC 플라즈마 처리 후 티타늄(Ti) 분말 사진이고, 도 3은 금속 환원제인 마그네슘(Mg)의 몰비에 따른 반응온도 및 반응생성물의 분율 변화도이고, 도 4는 자전연소합성반응시 이산화티타늄(TiO2)과 금속 환원제인 마그네슘(Mg)의 반응에서 연소파 진행시간에 따른 온도변화를 측정한 결과 그래프이고, 도 5는 표면 개질된 분말과 상업용 티타늄 분말의 XRD(X-ray Diffraction) 분석결과를 나타낸 그래프이다.FIG. 1 is a flow chart schematically showing a method for producing titanium (Ti) powder according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a photograph showing a surface modification process of titanium (Ti) powder according to an embodiment of the present invention FIG. 3 (a) is a photograph of titanium (Ti) powder before DC plasma treatment, (b) is a photograph of titanium (Ti) powder after DC plasma treatment, FIG. 4 is a graph showing the result of measuring the temperature change with the progress of the combustion wave in the reaction between titanium dioxide (TiO 2 ) and magnesium (Mg) XRD (X-ray diffraction) analysis of surface-modified powder and commercial titanium powder.
먼저 도1을 참조하면, 본 발명은 티타늄(Ti) 스펀지가 생성되는 (1) 단계(S10),상기 (1) 단계(S10)의 부산물인 금속 환원제 산화물과 잉여의 금속 환원제가 산 침출(Acid leaching) 공정으로 제거되는 (2) 단계(S20), 티타늄(Ti) 분말이 생성되는 (3) 단계(S30),상기 티타늄(Ti) 분말 표면이 개질되는 표면 개질단계(S40)를 포함하는 티타늄(Ti) 분말 제조방법이다.Referring to FIG. 1, the present invention provides a method for producing a titanium sponge, comprising the steps of: (1) producing a titanium sponge; and (2) adding a metal reductant oxide and a surplus metal reductant, (2) step (S20), (3) step (S30) in which titanium (Ti) powder is produced, and surface modification step (S40) in which the titanium (Ti) (Ti) powder.
본 발명의 실시예에서, 상기 (1) 단계(S10)의 금속환원제는 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca),알루미늄(Al) 또는 탄소(C)가 사용될 수 있다. 알루미늄(Al)은 마그네슘(Mg)보다 반응성이 낮고, 칼슘(Ca)은 마그네슘(Mg)에 비하여 반응성은 좋으나, 환원 반응의 부산물로 생성된 칼시아(CaO)는 산침출 공정에서 완전한 제거가 어렵다. 그리고 탄소(C)는 용융점이 높아 장시간 열처리를 요하는 단점이 있다. 따라서 본 실시예에서 바람직하게는, 금속 환원제로 마그네슘(Mg)이 사용될 수 있다. 이와 같은 한정 사항은 절대적인 것이 아니라 본 발명의 실시예에서 주로 사용되는 금속 환원제에 관한 것이다. 따라서 본 발명의 실시예의 반응온도에서 용융되지 않는 금속 환원제는 이에 포함될 수 있다.In the embodiment of the present invention, magnesium (Mg), calcium (Ca), aluminum (Al) or carbon (C) may be used as the metal reducing agent in the step (1) Aluminum (Al) is less reactive than magnesium (Mg) and calcium (Ca) is more reactive than magnesium (Mg), but calcium oxide (CaO) produced as a by-product of the reduction reaction is difficult to completely remove in the acid leaching process . The carbon (C) has a disadvantage of requiring a long heat treatment because of a high melting point. Therefore, magnesium (Mg) may preferably be used as the metal reducing agent in this embodiment. Such limitations are not absolute but refer to metal reducing agents mainly used in embodiments of the present invention. Accordingly, a metal reducing agent which is not melted at the reaction temperature of the embodiment of the present invention can be included in the metal reducing agent.
본 발명의 실시예에서, 상기 (1) 단계(S10)는, 이산화티타늄(TiO2) 및 금속 환원제 포함하는 원료를 자전연소합성(SHS : self-Propagating High Temperature synthesis)하여 티타늄(Ti) 스펀지가 생성된다.In an embodiment of the present invention, the step (S10) of the step (S10) comprises the steps of subjecting a raw material containing titanium dioxide (TiO 2 ) and a metal reducing agent to self- .
보다 상세하게는, 상기 이산화 티타늄(TiO2) 및 상기 금속 환원제는 각각의 분말을 혼합하여 압축한 성형체의 혼합물로 제조된다. 상기 성형체의 혼합물은 자전연소합성반응이기 내부에 셀프 스탠딩이 가능할 수 있다.More specifically, the titanium dioxide (TiO 2 ) and the metal reducing agent are prepared as a mixture of compacts obtained by mixing each powder. The mixture of the molded bodies may be self-standing inside the reaction chamber.
또한 도 4를 참조하면, 상기 자전연소 합성반응은 1300℃에서 1400℃사이에서 진행될 수 있으며, 바람직하게는, 1372.2℃에서 진행될 수 있다.Also, referring to FIG. 4, the reaction for the synthesis of the carbon-based combustion reaction may proceed at 1300 ° C to 1400 ° C, preferably at 1372.2 ° C.
상기 자전연소 합성 반응에서는, 반응물의 지속적인 발열반응에 의하여 열을 공급받아서 자발적으로 합성이 진행되는 기술이다. 즉, 자전연소합성반응은, 반응시키고자 하는 이산화티타늄(TiO2) 및 금속 환원제를 혼합한 뒤 아르곤(Ar) 기체와 같은 불활성 기체의 분압을 조절한 상태에서, 반응을 위하여 이산화티타늄(TiO2) 및 금속 환원제를 점화시킨다. 그리고 점화 이후에는 초기 반응물이 반응하는 과정에서 열이 발생되고, 이에 의하여 반응물의 반응이 진행되면서 열이 생성되므로, 외부의 열 공급없이 반응을 진행할 수 있다.In the above-mentioned self-propelled synthesis reaction, synthesis is carried out spontaneously by receiving heat by the continuous exothermic reaction of the reactants. That is, the rotating combustion synthesis reaction, in a reaction and character of titanium dioxide (TiO 2) and then mixing the metal reducing agent to adjust the partial pressure of an inert gas such as argon (Ar) gas state, the titanium dioxide to the reaction (TiO 2 ) And a metal reducing agent. After the ignition, heat is generated in the process of reacting the initial reactants, whereby heat is generated as the reaction of the reactants proceeds, so that the reaction can proceed without external heat supply.
그리고 상기 (2) 단계(S20)에서는, 상기 이산화티타늄(TiO2)이 환원된 후 생성된 금속 환원제 산화물 및 잉여의 금속 환원제는 산 침출 공정을 통해 제거될 수 있다. 이때 금속환원제 산화물은 마그네시아(MgO), 칼시아(CaO), 알루민산(AlO3) 및 이산화탄소(CO2)가 될 수 있다. 따라서 상기 금속 환원제 산화물 및 잉여의 금속 환원제가 제거됨으로써, 티타늄(Ti) 스펀지만 선택적으로 회수할 수 있다.In step (2) (S20), the metal reducing agent oxide and the excess metal reducing agent generated after the reduction of the titanium dioxide (TiO 2 ) may be removed through an acid leaching process. At this time, the metal reducing agent oxide may be magnesia (MgO), calcia (CaO), aluminic acid (AlO 3 ), and carbon dioxide (CO 2 ). Accordingly, only the titanium sponge can be selectively recovered by removing the metal reducing agent oxide and the surplus metal reducing agent.
본 발명의 실시예에서, 상기 산 침출 반응은 아세트산(CH3COOH), 염산(HCl), 질산(HNO3) 또는 황산(H2SO4)이 산수용액으로 사용될 수 있다.이와 같은 한정 사항은 절대적인 것이 아니라 본 발명의 실시예에서 반응 부산물 제거하기 위해 주로 사용되는 산에 대한 한정사항이다. 따라서 본 발명의 반응 부산물과의 산 침출 반응시 추가적인 부산물이 생성되지 않으며, 반응 부산물 모두를 제거 가능한 산은 모두 이에 포함될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the acid leaching reaction may be an aqueous acid solution of acetic acid (CH 3 COOH), hydrochloric acid (HCl), nitric acid (HNO 3 ) or sulfuric acid (H 2 SO 4 ) It is not absolute but is a limitation on the acid used mainly in the embodiment of the present invention to remove reaction by-products. Therefore, no additional by-products are produced during the acid leaching reaction with the reaction by-products of the present invention, and all acids capable of removing all of the reaction by-products can be included in the reaction.
또한 상기 (3) 단계(S30)에서는, 상기 티타늄(Ti) 스펀지는 파쇄되어 소결체 형상인 티타늄(Ti) 분말로 제조될 수 있다.Also, in the step (3) (S30), the titanium (Ti) sponge may be crushed to produce titanium (Ti) powder in the form of a sintered body.
본 발명의 실시예에서, 상기 (4) 단계는 상기 티타늄(Ti) 분말을 표면 개질 처리하는 방법으로써 전자빔 용해법(Electron Beam Melting), 플라즈마 처리(Plasma Treatment) 및 진공아크 용해법(Vacuum Arc Melting) 등의 방법이 적용될 수 있다.In the embodiment of the present invention, the step (4) is a method of surface-modifying the titanium (Ti) powder, and includes an electron beam melting method, a plasma treatment method and a vacuum arc melting method Can be applied.
또한 상기 플라즈마 처리법(Plasma treatment)에 있어서는, DC 플라즈마 처리(DC Plasma Treatment), RF 플라즈마 처리(RF Plasma Treatment)가 있다. RF 플라즈마 처리(RF Plasma Treatment) 는 상기 DC 플라즈마 처리(DC Plasma Treatment)보다 10~100배 정도 이온화가 빠르기 때문에 상대적으로 빠른 반응이 진행된다. 본 발명에서는 이러한 처리법에 한정되지 않고, 티타늄 분말의 표면 개질이 가능한 고밀도 열원관련 처리법이 적용될 수 있다.Also, in the plasma treatment, DC plasma treatment and RF plasma treatment are available. Since RF plasma treatment is about 10 to 100 times faster than DC plasma treatment, the reaction proceeds relatively quickly. The present invention is not limited to such a treatment method, and a high-density heat source-related treatment method capable of surface modification of the titanium powder can be applied.
따라서 본 발명의 실시예에서, 상기 티타늄(Ti) 분말은 상기 (4) 단계(S40)에서 발생된 열로 인하여 상대적으로 작은 입자크기를 가지는 상기 티타늄(Ti) 분말은 표면 개질되는 과정에서 응축되어 표면 개질되기 전의 티타늄(Ti) 분말의 입자크기에 비해 상대적으로 증가할 수 있다(도 2 참조).Therefore, in the embodiment of the present invention, the titanium (Ti) powder having a relatively small particle size due to the heat generated in the step (4) (S40) is condensed in the process of surface modification, Can be increased relative to the particle size of the titanium (Ti) powder before being reformed (see FIG. 2).
또한 본 발명의 다른 실시예에서, 상기 티타늄(Ti) 분말은 초기 분말의 입자의 크기와 표면 개질 후의 입자의 크기가 동일한 입자 크기로 표면 개질될 수 있다.In another embodiment of the present invention, the titanium (Ti) powder may be surface-modified to have the same particle size as the particle size of the initial powder and the particle size after the surface modification.
본 발명의 실시예에서, 상기 (1) 단계 내지 (4) 단계의 제조방법으로 제조된 상기 티타늄(Ti) 분말은 하기와 같은 범위내에서 제조될 수 있다.In the embodiment of the present invention, the titanium (Ti) powder produced by the manufacturing method of the above (1) to (4) can be produced within the following range.
상기 티타늄(Ti)이 표면 개질 전 입자의 크기는 0.1 ㎛ 내지 200㎛의 범위 내에서 제조될 수 있으며, 표면 개질 된 후 입자의 크기는 0.1 ㎛ 내지 200㎛의 범위 내에서 제조될 수 있다. 상기 티타늄(Ti)의 표면 개질 전, 후의 입자의 크기가 0.1 ㎛미만인 경우 산화방지와 관련된 취급이 어렵다는 문제점이 있고, 200㎛를 초과하는 경우에는 티타늄(Ti) 분말이 표면 개질되지 않아 분말야금(Powder metallurgy) 및 적층식 공정(Addictive Manufacturing)을 이용한 부품제조에 응용이 제한된다는 문제점이 있다.The size of the titanium (Ti) before the surface modification may be in the range of 0.1 to 200 mu m, and the size of the particles after the surface modification may be in the range of 0.1 to 200 mu m. When the size of the titanium (Ti) before and after the surface modification is less than 0.1 탆, there is a problem in that it is difficult to deal with oxidation prevention. When the size exceeds 200 탆, the titanium (Ti) powder is not surface- There is a problem that application is limited to manufacturing parts using powder metallurgy and addictive manufacturing.
이하 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 이들 실시예에는 단지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 국한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It will be apparent to those skilled in the art that these embodiments are merely illustrative of the present invention and that the scope of the present invention is not limited to these embodiments.
<< 실시예Example 1> 1>
자전연소합성반응을Synthesis reaction 통한 티타늄( Through titanium ( TiTi )분말 제조) Powder manufacturing
'FactSage7.0'을 이용하여 자전연소합성 반응을 위한 열역학 계산을 실시한 결과, 도 3에 나타낸 바와 같이, 화학양론비 2Mg로부터 반응에 참가한 모든 TiO2가 Ti로 환원되고 반응 부산물인 2MgO가 제조되는 것을 검증하였다. 이를 실험에 적용하기 위해 TiO2 + 2MgO를 초기 화합물로 하고 자전연소합성반응을 실시하였다. 반응이 진행되면, 도4와 같이, 지속적인 반응물의 반응열로 인하여 1372.2℃에서 큰 온도 증감 없이 지속적으로 반응이 일어나는 것을 확인할 수 있다. As a result of the thermodynamic calculations for the synthesis reaction using 'FactSage 7.0', as shown in FIG. 3, all the TiO 2 participating in the reaction was reduced to Ti from the stoichiometric ratio of 2 Mg, and 2MgO, which is a reaction by- Respectively. In order to apply it to the experiment, TiO 2 + As the reaction progresses, it can be seen that the reaction continuously occurs at 1372.2 ° C without a large temperature increase or decrease due to the continuous reaction heat of the reactants as shown in FIG.
<< 실시예Example 2> 2>
XRD를XRD 이용한 제조된 티타늄( The prepared titanium ( TiTi )분말 분석) Powder analysis
본 발명의 티타늄(Ti) 분말을 XRD(X-ray Diffraction) 상 분석한 결과, 도5에 나타난 바와 같이, 육각밀집의 결정구조를 가지는 티타늄(Ti) 단상을 나타내는 것을 확인 할 수 있다.As a result of XRD (X-ray diffraction) analysis of the titanium (Ti) powder of the present invention, it can be confirmed that it is a titanium (Ti) single phase having a hexagonal dense crystal structure as shown in FIG.
<< 실시예Example 3> 3>
DC DC 플라즈마plasma 처리법(DC Plasma Treatment)에 의해 By DC Plasma Treatment 표면개질된티타늄Surface modified titanium (( TiTi ) 분말 제조) Powder manufacturing
<실시예1>을 통해 얻어진 화학양론비에 따라 TiO2과 2Mg를 혼합하여 자전연소합성반응을 실시하였다. 반응이 종결된 후 반응에 참여한 TiO2가 Ti로 환원되고 반응 부산물인 2MgO가 생성되었다. 생성된 Ti와 MgO혼합물은 산 침출 공정을 통하여 Ti 스펀지를 회수하였다. 회수된 Ti 스펀지는 기계적 분쇄공정을 수행하여 d50이 4.7㎛인 Ti 분말을 제조하였다. 제조된 Ti 분말은 하기 <표1>과 같은 조건하에 DC 플라즈마 처리하여 d50이 31.8㎛ Ti 분말을 제조하였다(도2 참조).According to the stoichiometric ratio obtained through Example 1, TiO 2 and 2Mg were mixed to carry out the reaction for the synthesis of the combustion reaction. After the reaction was completed, TiO 2 was reduced to Ti and 2MgO, a byproduct of the reaction, was produced. Ti sponge was recovered through acid leaching process. The recovered Ti sponge was subjected to a mechanical pulverization process to produce a Ti powder having a d 50 of 4.7 μm. The prepared Ti powder was subjected to DC plasma treatment under the conditions shown in Table 1 below to produce 31.8 μm Ti powder with a d 50 (see FIG. 2).
이에 더하여 주사전자현미경(fe-SEM: Field Emission Scanning Electron Microscope)을 통해 티타늄 분말을 관찰한 결과, Ti 분말의 표면이 일정하며, 부드러운 표면을 가짐을 알 수 있다.In addition, observation of titanium powder through a scanning electron microscope (fe-SEM: Field Emission Scanning Electron Microscope) revealed that the surface of the Ti powder is constant and has a smooth surface.
이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당업계의 통상을 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함을 물론이고, 본 발명의 권리범위는 첨부한 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims and their equivalents. .
Claims (10)
(2) 상기 (1) 단계에서 반응부산물인 금속 환원제 산화물과 잉여의 금속 환원제가 산 침출(Acid leaching) 공정으로 제거되는 단계;
(3) 상기 (2) 단계에서 금속 환원제 산화물과 잉여의 금속 환원제가 제거된 상기 티타늄(Ti) 스펀지가 소결체 형상으로 파쇄되어 티타늄(Ti) 분말이 생성되는 단계;
(4) 상기 (3) 단계에서 생성된 상기 티타늄(Ti) 분말 표면이 전자빔 용해법(Electron Beam Melting), DC 플라즈마 처리법(DC Plasma Treatment), RF 플라즈마 처리법(RF Plasma Treatment) 및 진공아크 용해법(Vacuum Arc Melting) 중 어느 하나의 처리법에 의해 표면 개질되는 단계; 를 포함하는 티타늄(Ti) 분말 제조 방법.
(1) a titanium (Ti) sponge and reaction by-products are produced by self-propagating high temperature synthesis (SHS) of a raw material containing titanium dioxide (TiO 2 ) and a metal reducing agent;
(2) removing the metal reductant oxide and excess metal reducing agent, which are reaction byproducts, in the step (1) by an acid leaching process;
(3) the titanium (Ti) sponge in which the metal reducing agent oxide and the surplus metal reducing agent are removed in the step (2) is crushed into a sintered body to produce titanium (Ti) powder;
(4) The surface of the titanium (Ti) powder produced in the step (3) is subjected to an electron beam melting, a DC plasma treatment, an RF plasma treatment and a vacuum arc melting Arc Melting); (Ti) powder.
상기 (4) 단계에서 발생된 열에 의해 상기 티타늄(Ti)분말의 입자 크기가 조절되는 티타늄(Ti) 분말 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the particle size of the titanium (Ti) powder is controlled by the heat generated in the step (4).
상기 티타늄(Ti) 분말은 상기 (4) 단계에서 상대적으로 작은 입자크기를 가지는 상기 티타늄(Ti) 분말은 표면 개질되는 과정에서 응축되어 표면 개질되기 전의 티타늄(Ti) 분말의 입자크기에 비하여 입자크기가 상대적으로 증가하는 티타늄(Ti) 분말 제조 방법.
3. The method of claim 2,
In the titanium (Ti) powder, the titanium (Ti) powder having a relatively small particle size in the step (4) has a particle size smaller than the particle size of the titanium (Ti) powder before being surface- (Ti) powder.
상기 티타늄(Ti) 분말은 초기 분말의 입자의 크기와 표면 개질 후의 입자의 크기가 동일한 입자 크기로 표면 개질되는 티타늄(Ti) 분말 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the titanium (Ti) powder is surface-modified to have a particle size equal to the particle size of the initial powder and the particle size after the surface modification.
표면 개질 단계 이전의 티타늄(Ti) 분말의 입자 크기는 0.1 ㎛ ~200 ㎛인 티타늄(Ti) 분말 제조 방법.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the titanium (Ti) powder before the surface modification step has a particle size of 0.1 mu m to 200 mu m.
표면 개질 단계 이후의 티타늄(Ti) 분말의 입자 크기는 0.1 ㎛ 내지 200 ㎛인 티타늄(Ti) 분말 제조 방법.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the titanium (Ti) powder after the surface modification step has a particle size of 0.1 mu m to 200 mu m.
상기 금속 환원제는 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 탄소(C) 또는 칼슘(Ca)인 티타늄(Ti) 분말 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the metal reducing agent is magnesium (Mg), aluminum (Al), carbon (C), or calcium (Ca).
상기 (1) 단계에서 자전연소합성반응시 상기 산화 티타늄(Ti) 및 상기 금속 환원제는 각각의 분말을 혼합하여 압축한 성형체의 혼합물로 제조되는 티타늄(Ti) 분말 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the titanium oxide (Ti) and the metal reductant are mixed with each powder to produce a mixture of the powders, during the reaction (1).
상기 (1) 단계에서 자전연소합성반응시 성형체의 혼합물은 상기 반응기 내부에 셀프 스탠딩이 가능한 티타늄(Ti) 분말 제조 방법.
9. The method of claim 8,
The method of manufacturing titanium (Ti) powder according to any one of the preceding claims, wherein the mixture of the shaped bodies in the self-standing synthesis reaction is self-standing inside the reactor.
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