KR20210064461A

KR20210064461A - 철계 복합분말 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20210064461A
Application number: KR1020190152107A
Authority: KR
Inventors: 류현곤; 윤준철; 김진우
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2019-11-25
Filing date: 2019-11-25
Publication date: 2021-06-03

Abstract

본 발명은 수분사철분의 우수한 성형성과 환원철분의 높은 성형강도 특성을 모두 갖는 철계 복합분말 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 철계 복합분말은 수분사철분으로 형성된 코어 분말과; 산화철분으로 형성되어 상기 코어 분말의 표면에 접합된 접합 분말을 포함한다.

Description

철계 복합분말 및 그 제조방법{IRON-BASED COMPOSITE POWDER AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 철계 복합분말 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수분사철분의 우수한 성형성과 환원철분의 높은 성형강도 특성을 모두 갖는 철계 복합분말 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 분말 야금법은 철계 분말을 금형 내에서 가압하여 성형한 후, 소결하여 소결부품을 제조하는 방법으로, 복잡한 형상의 기계 부품등을 고정밀도를 갖도록 제조할 수 있어 고정밀도가 요구되는 기어 등 자동차의 부품 제조에 주로 사용되고 있다.

이러한 분말 야금법에 사용되는 철계 분말은 크게 수분사철분과 환원철분으로 구분된다.

수분사철분은 쇳물(용강)을 낙하시킬 때 고압의 분사수와 물리적 충돌에 의해 제조되는데, 수분사철분은 성형성이 우수하여 고밀도 제품을 제조할 때 사용된다.

환원철분은 철광석 또는 강판 등 철강제품의 스케일을 1,000℃ 이상의 고온환원과 반복적인 분쇄공정을 거쳐 제조되며 환원 중 산소 등의 반응가스가 제거되면서 입자 내, 외부에 다량의 기공이 형성된다. 이러한 환원철분은 입자의 불규칙도를 증가시켜 분말성형 시 소성변형(plastic deformation)에 의한 입자 간 냉간압접(cold welding) 효과가 증대되고 성형강도가 증가한다. 따라서, 환원철분은 높은 성형강도가 요구되는 제품에 주로 사용된다.

하지만, 환원철분은 원재료인 철광석 또는 철강제품 스케일의 높은 불순물 함량과 불규칙한 입형으로 인해 성형밀도를 높이는데 한계가 있다. 또한, 입자의 비표면적이 높아 수분사철분 대비 유동성 및 흐름성이 열위한 단점 때문에 다양한 제품에 적용이 어려운 실정이다. 그러나, 자동차 서스펜션 등에 사용되는 저밀도 소결부품이나 다양한 원료와 혼합되어 사용되는 용접봉용 소재에는 환원철분의 수요가 지속적으로 유지되고 있다.

이러한 환원철분은 제조 및 공급이 가능한 업체가 포화상태에 이르렀고, 제한적인 수요에 따라 시장경쟁이 치열한 실정이다. 따라서, 시장경쟁력 확보를 위해서 환원철분과 동등 이상의 품질을 갖는 값싼 제품 개발의 필요성이 대두되고 있다.

특히, 수분사철분과 환원철분은 장단점이 서로 반대되는 특성을 갖기 때문에 수분사철분은 낮은 성형강도, 높은 성형밀도 특성에 제한되어 적용되고, 환원철분은 높은 성형강도, 낮은 성형밀도 특성에 제한되어 적용이 가능한 한계점을 갖고 있었다.

상기의 배경기술로서 설명된 내용은 본 발명에 대한 배경을 이해하기 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

등록특허공보 제10-1531346호 (2015.06.18)

본 발명은 수분사철분의 우수한 성형성과 환원철분의 높은 성형강도 특성을 모두 갖는 철계 복합분말 및 그 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 철계 복합분말은 수분사철분으로 형성된 코어 분말과; 산화철분으로 형성되어 상기 코어 분말의 표면에 접합된 접합 분말을 포함한다.

상기 코어 분말은 입자의 크기가 50 ~ 100㎛이고, 상기 접합 분말은 입자의 크기가 2㎛ 이하인 것이 바람직하다.

상기 접합 분말은 입자의 크기가 1㎛ 이하인 것이 바람직하다.

상기 철계 복합분말은 상기 코어 분말 70 ~ 90wt%와 상기 접합 분말 10 ~ 30wt%로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 접합 분말을 형성하는 산화철분은 환원처리되면서 상기 코어 분말의 표면에 접합되는 것을 특징으로 한다.

상기 철계 복합분말의 겉보기 밀도는 2.4 ~ 2.65 g/㎤인 것을 특징으로 한다.

상기 철계 복합분말의 유동도는 30 ~ 34 sec/50g인 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 일 실시형태에 따른 철계 복합분말의 제조방법은 수분사철분와 산화철분을 준비하는 준비단계와; 준비된 수분사철분과 산화철분을 혼합하는 혼합단계와; 산화철분을 환원처리하면서 수분사철분의 표면에 산화철분을 접합시키는 접합단계와; 수분사철분과 산화철분이 접합된 케이크를 분말형태로 분쇄하는 가공단계를 포함한다.

상기 준비단계는, 철계 용강을 수분사시켜 수분사철분을 준비하는 수분사철분 준비과정과; 냉연강판 제조시에 발생하는 산세스케일을 수집하여 산화철분을 준비하는 산화철분 준비과정을 포함한다.

상기 수분사철분 준비과정은 수분사된 수분사철분 중 입자 크기가 50 ~ 100㎛인 수분사철분을 선별하여 준비하고, 상기 산화철분 준비과정은 냉연강판 제조시에 발생하는 산세스케일 중 입자 크기가 2㎛ 이하인 산화철분을 선별하여 준비하는 것이 바람직하다.

상기 혼합단계는 수분사철분 70 ~ 90wt%와 산화철분 10 ~ 30wt%를 혼합하는 것이 바람직하다.

상기 접합단계는 혼합된 수분사철분과 산화철분을 환원분위기에서 900℃ 이상의 온도로 처리하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 따르면, 수분사철분의 표면에 서브마이크로미터(2㎛ 이하) 크기의 산화철을 확산 접합시킴으로서, 심부는 수분사철분의 치밀한 조직을 갖고, 표면부는 다량의 미세기공 조직을 갖는 코어쉘(core-shell) 구조를 구현하여 성형성과 가공성이 우수한 복합철분을 얻을 수 있다.

특히, 본 발명의 실시예에 따른 철계 복합분말은 종래 환원철분과 비교하여 겉보기밀도, 유동도 등의 분말 특성은 유사하나 높은 성형밀도와 성형강도를 나타낼 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 철계 복합분말을 사용하여 성형-소결을 통해 제조된 부품은 결정립 표면부에 다량의 미세기공이 분포하고, 이는 가공(machining) 시 칩(chip) 분절을 가속시키고 결과적으로 가공툴(insert tool)의 수명을 증대시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

또한, 철강제품 생산 시 발생하는 산화스케일인 산화철분은 수분사철분 대비 단가가 1/10(십분의 일) 정도이기 때문에 종래 환원철분을 생산할 때 소요되는 제조원가 대비 저렴하게 철계 복합분말을 제조할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 철계 복합분말의 형성을 보여주는 모식도이고,
도 2a 및 도 2b는 비교예와 실시예에 따른 철계분말의 성형강도 향상 메커니즘을 보여주는 도면이며,
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 철계 복합분말을 보여주는 미세조직 사진이고,
도 3b는 비이상적으로 형성된 입자를 보여주는 미세조직 사진이며,
도 3c는 접합분말의 입도에 따른 비이상적인 입자 발생 비율을 나타내는 그래프이고,
도 3d는 밀스케일 환원분말 및 철광석 환원분말을 접합 분말로 사용하여 비이상적으로 형성된 분말을 보여주는 미세조직 사진이며,
도 4는 산화철 입도에 따른 철계 복합분말의 성형압력별 성형밀도를 보여주는 그래프이고,
도 5는 산화철 입도에 따른 철계 복합분말의 성형압력에 따른 질량손실율을 보여주는 그래프이며
도 6은 산화철 함량에 따른 철계 복합분말의 겉보기 밀도를 보여주는 그래프이고,
도 7은 산화철 함량에 따른 철계 복합분말의 유동도를 보여주는 그래프이며,
도 8은 실시예와 비교예에 따른 가공시편의 미세조직을 보여주는 사진이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 철계 복합분말의 형성을 보여주는 모식도이고, 도 2a 및 도 2b는 비교예와 실시예에 따른 철계분말의 성형강도 향상 메커니즘을 보여주는 도면이며, 도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 철계 복합분말을 보여주는 미세조직 사진이고, 도 3b는 비이상적으로 형성된 입자를 보여주는 미세조직 사진이며, 도 3c는 접합분말의 입도에 따른 비이상적인 입자 발생 비율을 나타내는 그래프이고, 도 3d는 밀스케일 환원분말 및 철광석 환원분말을 접합 분말로 사용하여 비이상적으로 형성된 분말을 보여주는 미세조직 사진이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명이 일 실시예에 따른 철계 복합분말(100)은 수분사철분으로 형성된 코어 분말(10)과; 산화철분으로 형성되어 상기 코어 분말(10)의 표면에 접합된 접합 분말(20)을 포함하여 이루어진다.

코어 분말(10)은 소결 소재인 철계 복합분말을 구성하는 기재로서, 본 실시예에서는 우수한 성형성을 갖는 수분사철분을 사용한다. 이때 수분사철분의 성분은 통상적인 철계 분말야금 소재로 사용되는 철계분말의 성분이 적용될 수 있다. 예를 들어 미국분말야금공업회(MPIF) 규격 FL4405의 함량인 Fe-(0.75~0.95)Mo-(0.4~0.7)C를 목표로 함량이 조정된 용강을 이용하여 수분사처리하여 생산되는 수분사철분을 사용할 수 있다. 물론 코어 분말의 성분 종류 및 함량은 제시된 성분 종류 및 함량으로 한정되는 것은 아니다.

다만, 코어 분말(10)로 사용되는 수분사철분은 입자의 크기가 50 ~ 100㎛인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

접합 분말(20)은 코어 분말의 표면에 확산되면서 접합되는 분말로서, 본 실시예에서는 높은 성형강도를 구현할 수 있도록 산화철분을 사용한다. 이때 접합 분말(20)로 사용되는 산화철분은 환원처리되면서 코어 분말의 표면에 확산 접합된다.

한편, 산화철분은 냉연강판 제조시 발생되는 산세스케일을 사용할 수 있다.

다만, 접합 분말(20)로 사용되는 산화철분은 입자의 크기가 코어 분말의 1/50 이하 크기를 갖는 것이 바람직하다. 그래서 산화철분의 입자 크기는 2㎛ 이하인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 산화철분의 입자 크기가 1㎛ 이하인 것이 더욱 좋다. 이렇게 산화철분의 입자 크기를 제한하는 경우에 도 3a와 같이 코어 분말(10)의 표면에 정상적으로 접합 분말이 확산되어 접합된 것을 확인할 수 있다.

만약, 입자 크기가 2㎛를 초과하는 산화철분을 접합 분말(20)로 사용하는 경우에는 코어 분말(10)과 접합 분말(20)의 접합시 코어 분말(10)인 수분사철분의 표면에 접합 분말(20)인 산화철분이 부착되지 않고 도 3b와 같이 산화철분으로만 이루어진 비이상적인 분말이 생성된다. 이렇게 비이상적인 분말이 생성되는 비율은 산화철 분말의 입자가 커질수록 증가하고, 이렇게 철계 복합분말 중에 산화철분으로만 이루어진 비이상적인 분말의 많아질수록 전체 철계 복합분말의 흐름성을 저하시키고 성형성을 낮추는 문제가 발생된다.

또한, 도 3c에서 알 수 있듯이, 접합 분말(20)로 사용되는 산화철분은 입자의 크기가 2㎛를 초과하여 커질수록 비약적으로 비이상적인 입자의 형성 비율이 증가하는 것을 확인할 수 있었다.

따라서, 접합 분말(20)로 사용되는 산화철분은 입자의 크기는 2㎛ 이하를 사용하는 것이 바람직하다는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 접합 분말(20)로 사용되는 산화철분은 냉연강판 제조시 발생되는 산세스케일을 사용하는데, 접합 분말(20)로 밀스케일 환원분말과 철광석 환원분말을 사용하지는 않는다. 그 이유는 도 3d에서 확인할 수 있듯이, 코어 분말(10)과 접합 분말(20)의 접합시 접합 분말(20)로 밀스케일 환원분말과 철광석 환원분말 등을 사용하는 경우에는 밀스케일 환원분말이나 철광석 환원분말이 코어 분말(10)과 접합되지 않고 밀스케일 환원분말이나 철광석 환원분말로만 이루어진 비이상적인 분말이 생성되기 때문이다.

한편, 철계 복합분말(100)은 코어 분말(10) 70 ~ 90wt%와 접합 분말(20) 10 ~ 30wt%로 이루어지는 것이 바람직하다.

접합 분말(20)의 혼합 비율이 10wt% 보다 적을 경우에는 철계 복합분말(100)의 성형강도가 상승하는 효과가 미비하고, 30wt% 보다 많을 경우에는 접합 분말(20)인 산화철분 간 응집현상이 발생하면서 비이상적인 분말의 생성이 많아지고, 이에 따라 철계 복합분말(100)의 유동도 및 흐름성이 저하되어 성형성의 저하를 야기시킨다.

이렇게 코어 분말(10)과 접합 분말(20)의 입도 크기 및 혼합 비율을 한정함에 따라 철계 복합분말(100)의 겉보기 밀도는 2.4 ~ 2.65 g/㎤를 유지하고, 유동도는 30 ~ 34 sec/50g를 유지할 수 있다.

또한, 철계 복합분말(100)은 성형시 상호간에 냉간압접(cold welding) 효과가 증대되고 이에 따라 성형강도를 증가시킬 수 있다.

도 2a 및 도 2b는 비교예와 실시예에 따른 철계분말의 성형강도 향상 메커니즘을 보여주는 도면이다.

도 2a에서 확인할 수 있듯이 종래의 철계분말(1)은 성형시 냉간압접수가 낮은 것을 알 수 있고, 도 2b에서 확인할 수 있듯이 본 발명에 따른 철계 혼합분말(100)은 성형시 종래에 비하여 상대적으로 냉간압접수가 높은 것을 보여준다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 철계 복합분말의 제조방법은 수분사철분와 산화철분을 준비하는 준비단계와; 준비된 수분사철분과 산화철분을 혼합하는 혼합단계와; 산화철분을 환원처리하면서 수분사철분의 표면에 산화철분을 접합시키는 접합단계와; 수분사철분과 산화철분이 접합된 케이크를 분말형태로 분쇄하는 가공단계를 포함한다.

준비단계는 수분사철분과 산화철분을 각각 준비하는 단계로서, 철계 용강을 수분사시켜 수분사철분을 준비하는 수분사철분 준비과정과; 냉연강판 제조시에 발생하는 산세스케일을 수집하여 산화철분을 준비하는 산화철분 준비과정을 포함한다.

이때 수분사철분 준비과정은 수분사된 수분사철분 중 입자 크기가 50 ~ 100㎛인 수분사철분을 선별하여 준비하고, 산화철분 준비과정은 냉연강판 제조시에 발생하는 산세스케일 중 입자 크기가 2㎛ 이하인 산화철분을 선별하여 준비하는 것이 바람직하다.

혼합단계는 준비된 수분사철분과 산화철분을 적정 비율로 혼합하는 단계로서, 수분사철분 70 ~ 90wt%와 산화철분 10 ~ 30wt%를 혼합하는 것이 바람직하다.

이때 혼합단계는 준비된 수분사철분과 산화철분을 혼합기에 장입하여 이루어진다. 예를 들어 혼합기는 용기 회전 중 분말의 대류, 교반에 의해 혼합되는 더블콘 믹서(double-cone mixer) 및 고정된 용기 내 장착된 스크류 등의 교반장치가 회전되면서 분말의 분산, 교반에 의해 혼합되는 나우터 믹서(nauta mixer), 용기 내 장착된 블레이드가 고속으로 회전하면서 분말의 분산, 교반에 의해 혼합되는 고속믹서 등을 사용할 수 있고, 분말야금산업에서 통상적으로 사용하는 혼합기는 적용이 가능하다.

접합단계는 산화철분을 환원처리하여 수분사철분의 표면에 산화철분을 확산시키면서 접합시키는 단계이다.

접합단계는 혼합된 수분사철분과 산화철분을 환원분위기에서 900℃ 이상의 온도로 처리하여 진행된다.

이때 환원처리가 이루어지는 환원설비는 높은 산소함량(30%)을 갖는 산화철의 효과적인 환원(산소함량 0.2% 이하)을 위하여 수소 또는 수소-질소의 환원성 분위기에서 900℃ 이상으로 가열이 가능한 연속형 벨트가열로(belt furnace) 또는 트레이 등을 이용한 배치형 푸셔가열로(pusher furnace)의 적용이 가능하다.

가공단계는 접합단계에서 환원처리에 의해 수분사철분과 산화철분이 접합된 케이크를 분말형태로 분쇄하는 단계이다.

이때 케이크를 분쇄하는 분쇄기는 가열 중 소결에 의해 결합된 분말을 해쇄하기 위해 기계적 충격력을 활용한 햄머밀(hammer mill) 또는 디스크의 회전 전단력을 활용한 디스크밀(disc mill) 등을 적용할 수 있다.

다음으로, 비교예와 실시예를 통하여 본 발명을 설명한다.

먼저, 산화철 입도에 따른 철계 복합분말의 성형성 거동에 대하여 알아보았다.

도 4는 산화철 입도에 따른 철계 복합분말의 성형압력별 성형밀도를 보여주는 그래프이고, 도 5는 산화철 입도에 따른 철계 복합분말의 성형압력에 따른 질량손실율을 보여주는 그래프이다.

도 4 및 도 5는 수분사철분에 산화철분 20wt%를 혼합하여 본 발명의 철계 복합분말의 제조방법에 따라 제조된 철계 복합분말에 대해서 산화철의 입도가 성형성에 미치는 영향을 조사한 결과이다.

이를 위하여 산화철 입도별로 제조된 철계 복합분말에 스테아린산아연(Zinc stearate)을 0.8wt% 중량비로 혼합하여 디스크 형상의 샘플로 성형하였고, 이 때 성형체의 모서리강도를 레틀러 시험값으로 해석하였다. 이때 레틀러값은 시료의 모서리 부분의 질량손실율로 정의되며, 그 값이 낮을수록 질량손실율이 적다는 의미로써 모서리강도가 높다고 판단할 수 있다.

도 4에서 확인할 수 있듯이, 산화철분의 입도가 5㎛ 이상이 되는 시점부터 동일 성형압력에서 성형밀도가 저하되기 시작하고 산화철분의 입도가 커질수록 성형밀도는 더 크게 저하되는 것을 알 수 있다.

또한, 도 5에서 확인할 수 있듯이, 질량손실율은 산화철분의 입도가 커질수록 증가하는 경향을 보여주며 이는 성형강도가 저하되는 것으로 판단할 수 있다.

따라서, 본 발명에서 제안한 산화철분의 입도는 5㎛를 초과하지 않는 것, 2㎛ 이하인 것이 바람직하다는 것을 확인할 수 있었다.

다음으로서, 산화철 함량에 따른 철계 복합분말의 겉보기밀도 및 유동도 변화에 대하여 알아보았다.

도 6은 산화철 함량에 따른 철계 복합분말의 겉보기 밀도를 보여주는 그래프이고, 도 7은 산화철 함량에 따른 철계 복합분말의 유동도를 보여주는 그래프이다.

도 6에서 확인할 수 있듯이, 산화철분의 함량이 증가할수록 철계 복합분말의 겉보기밀도가 감소하는 경향을 보여준다. 특히, 종래 환원철분은 2.4 ~ 2.65g/㎤ 정도의 겉보기밀도를 갖기 때문에 산화철분의 함량이 10 ~ 30wt% 수준일 때 종래 환원철분의 겉보기밀도와 유사한 수준의 특성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 도 7에서 확인할 수 있듯이, 유동도의 경우 겉보기밀도 거동과 반대로 산화철분의 함량이 증가할수록 감소하는 경향을 보여준다. 특히, 종래 환원철분의 유동도가 30 ~ 34 sec/50g 정도의 값을 나타내기 때문에, 겉보기밀도 거동과 마찬가지로 산화철분의 함량이 10 ~ 30wt% 수준일 때 종래 환원철분의 유동도와 유사한 수준의 특성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.

다음으로, 본 발명에 따른 철계 복합분말과 종래의 수분사철분 및 환원철분의 성형특성을 비교하였고, 그 결과를 하기의 표 1에 나타내었다.

No.	구분	성형압력	성형밀도	성형체 압축강도	성형체 모서리강도	소결밀도	소결체 압축강도
No.	구분	(MPa)	(g/cm³)	(MPa)	(Rattl Val.%^-1)	(g/cm³)	(MPa)
1	본 발명	280	6.6	18.4	1.05	6.5	396.1
2	본 발명	400	6.8	23.2	1.32	6.7	431.2
3	수분사 철분	280	6.6	12.2	0.6	6.5	288.5
4	수분사 철분	400	6.8	14.2	0.78	6.7	333.4
5	환원철분	400	6.6	16.5	0.79	6.5	338.3

여기서, 압축강도는 Disc 형태 시편의 압축 시 파괴될 때까지 필요한 최대 압력을 나타낸다. 그리고, 모서리강도는 Rattler 시험법에 의한 시편의 모서리 부분의 질량손실율을 역수로 취한 값으로 높을수록 강도가 높다는 것을 의미한다.

상기의 표 1에서 확인할 수 있듯이, No.1, No.3, No.5 결과를 보면 동일한 성형밀도를 구현하기 위한 성형압력은 본 발명에 따른 철계 복합분말의 경우 종래 환원철분 대비 73% 수준으로 확인되었으며, 종래 수분사철분과 유사한 값을 나타내었다. 이때, 성형체의 압축강도 및 모서리강도는 본 발명에 따른 철계 복합분말이 가장 높은 값을 나타냈고 종래 수분사철분이 가장 낮은 값으로 확인되었다. 이와 같은 경향은 소결 이후 소결체의 압축강도에서도 동일하게 확인되었다.

그리고, No.2, No.4, No.5 결과를 보면 동일한 성형압력으로 시편을 제조할 경우 본 발명에 따른 철계 복합분말의 성형밀도는 종래 환원철분 대비 0.2g/㎤ 수준 높게 나타났고 종래 수분사철분과는 동등한 수준인 것으로 확인할 수 있었다. 성형체의 압축강도 및 모서리강도, 소결체의 압축강도 경향은 위 실험결과와 동일하게 나타났다.

따라서, 본 발명에 따른 철계 복합분말은 종래 수분사철분의 높은 성형성을 유지하면서 종래 환원철분 보다 우수한 성형강도 특성을 갖는 것으로 확인할 수 있었다.

또한, 본 발명에 따른 철계 복합분말은 종래 환원철분과 유사한 분말 특성을 가짐과 동시에 우수한 성형성과 성형강도 특성을 갖는 것으로 확인할 수 있었다.

다음으로, 본 발명에 따른 철계 복합분말과 종래의 수분사철분 및 환원철분의 가공특성을 비교하였고, 그 결과를 하기의 표 2에 나타내었다. 또한, 본 발명에 따른 철계 복합분말과 종래의 수분사철분 및 환원철분으로 제조된 가공시편의 미세조직을 관찰하였고, 그 결과를 도 8에 나타내었다. 도 8에서 (a)는 본 발명에 따른 철계 복합분말이 적용된 가공시편이고, (b)는 종래의 수분사철분이 적용된 가공시편이며, (c)는 종래의 환원철분이 적용된 가공시편의 미세조직 사진이다.

구분		①툴 마모량｜②시편 표면조도(㎛)
No.	Pass	60		120		180		240		300
No.	Pass	①	②	①	②	①	②	①	②	①	②
6	본 발명	86.8	1.012	90.9	1.106	94	1.2	98.3	1.294	104.8	1.383
7	수분사철분	110.8	1.532	114.4	1.611	118.9	1.69	128.4	1.769	129.3	1.848
8	환원　철분	88.1	1.462	93.1	1.514	98.8	1.567	103.9	1.619	110.6	1.671

여기서, 가공시편의 조성은 3%Cu와 0.8%Graphite에 나머지 철계 분말이고, 가공 시편은 외경 40, 내경 22, 높이 20(mm) 링타입으로 제작되었으며, 밀도 6.8g/cm3이다.

가공 시험은 VBMT 160404를 활용하여 주속 190m/min, 회전속도 2750rpm, Feeding rate 0.12mm/rev, 절입 0.1mm의 조건으로 측정하였다.

상기의 표 2 및 도 8에서 확인할 수 있듯이, 가공량(Pass) 증가에 따라 툴 마모량 및 가공부 표면조도는 본 발명에 따른 철계 복합분말이 종래의 수분사철분 및 환원철분보다 우수한 값을 나타내었다.

또한, 가공 시 칩 분절이 잘 될수록 툴에 인가되는 열응력이 방출되면서 마모량이 감소하는데, 본 발명에 따른 철계 복합분말의 경우 종래 수분사철분 및 환원철분과 달리 결정립 표면부에 다량의 미세기공이 분포하고 있어 가공 시 원활한 칩 분절이 가능하게 작용한 것으로 판단된다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

100: 철계 복합분말 10: 코어 분말
20: 접합 분말 1: 종래의 철계분말

Claims

수분사철분으로 형성된 코어 분말과;
산화철분으로 형성되어 상기 코어 분말의 표면에 접합된 접합 분말을 포함하는 철계 복합분말.
청구항 1에 있어서,
상기 코어 분말은 입자의 크기가 50 ~ 100㎛이고,
상기 접합 분말은 입자의 크기가 2㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 철계 복합분말.
청구항 2에 있어서,
상기 접합 분말은 입자의 크기가 1㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 철계 복합분말.
청구항 1에 있어서,
상기 철계 복합분말은 상기 코어 분말 70 ~ 90wt%와 상기 접합 분말 10 ~ 30wt%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 철계 복합분말.
청구항 1에 있어서,
상기 접합 분말을 형성하는 산화철분은 환원처리되면서 상기 코어 분말의 표면에 접합되는 것을 특징으로 하는 철계 복합분말.
청구항 1에 있어서,
상기 철계 복합분말의 겉보기 밀도는 2.4 ~ 2.65 g/㎤인 것을 특징으로 하는 철계 복합분말.
청구항 1에 있어서,
상기 철계 복합분말의 유동도는 30 ~ 34 sec/50g인 것을 특징으로 하는 철계 복합분말.
수분사철분와 산화철분을 준비하는 준비단계와;
준비된 수분사철분과 산화철분을 혼합하는 혼합단계와;
산화철분을 환원처리하면서 수분사철분의 표면에 산화철분을 접합시키는 접합단계와;
수분사철분과 산화철분이 접합된 케이크를 분말형태로 분쇄하는 가공단계를 포함하는 철계 복합분말의 제조방법.
청구항 8에 있어서,
상기 준비단계는,
철계 용강을 수분사시켜 수분사철분을 준비하는 수분사철분 준비과정과;
냉연강판 제조시에 발생하는 산세스케일을 수집하여 산화철분을 준비하는 산화철분 준비과정을 포함하는 철계 복합분말의 제조방법.
청구항 9에 있어서,
상기 수분사철분 준비과정은 수분사된 수분사철분 중 입자 크기가 50 ~ 100㎛인 수분사철분을 선별하여 준비하고,
상기 산화철분 준비과정은 냉연강판 제조시에 발생하는 산세스케일 중 입자 크기가 2㎛ 이하인 산화철분을 선별하여 준비하는 것을 특징으로 하는 철계 복합분말의 제조방법.
청구항 8에 있어서,
상기 혼합단계는 수분사철분 70 ~ 90wt%와 산화철분 10 ~ 30wt%를 혼합하는 것을 특징으로 하는 철계 복합분말의 제조방법.
청구항 8에 있어서,
상기 접합단계는 혼합된 수분사철분과 산화철분을 환원분위기에서 900℃ 이상의 온도로 처리하는 것을 특징으로 하는 철계 복합분말의 제조방법.