KR20220055868A - 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물, 및 이를 포함하는 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물 - Google Patents

금속분말 사출 성형용 결합제 조성물, 및 이를 포함하는 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물 Download PDF

Info

Publication number
KR20220055868A
KR20220055868A KR1020200140397A KR20200140397A KR20220055868A KR 20220055868 A KR20220055868 A KR 20220055868A KR 1020200140397 A KR1020200140397 A KR 1020200140397A KR 20200140397 A KR20200140397 A KR 20200140397A KR 20220055868 A KR20220055868 A KR 20220055868A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
metal powder
injection molding
composition
binder
weight
Prior art date
Application number
KR1020200140397A
Other languages
English (en)
Inventor
오종회
민두식
Original Assignee
코오롱플라스틱 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 코오롱플라스틱 주식회사 filed Critical 코오롱플라스틱 주식회사
Priority to KR1020200140397A priority Critical patent/KR20220055868A/ko
Publication of KR20220055868A publication Critical patent/KR20220055868A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/20—Compounding polymers with additives, e.g. colouring
    • C08J3/22—Compounding polymers with additives, e.g. colouring using masterbatch techniques
    • C08J3/226—Compounding polymers with additives, e.g. colouring using masterbatch techniques using a polymer as a carrier
    • 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
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/22—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces for producing castings from a slip
    • B22F3/225—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces for producing castings from a slip by injection molding
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/0008—Organic ingredients according to more than one of the "one dot" groups of C08K5/01 - C08K5/59
    • C08K5/0016—Plasticisers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/04—Oxygen-containing compounds
    • C08K5/09—Carboxylic acids; Metal salts thereof; Anhydrides thereof
    • C08K5/098—Metal salts of carboxylic acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L101/00—Compositions of unspecified macromolecular compounds

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

본 발명은 바인더 70 내지 98 중량%, 및 방향성 물질을 포함하는 마스터배치 2 내지 30 중량%를 포함하는 금속 분말 사출성형용 결합제 조성물과 이를 포함하는 금속 분말 사출 성형용 피드스탁 조성물에 관한 것으로, 본 발명에 따른 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물은 다양한 방향성 물질을 특정 고분자와 마스터 배치 형태로 제조하여 사용함으로써 종래 사출 및 혼련 공정에서의 역한 냄새가 나는 문제를 해결할 수 있어 작업 성능을 향상시킬 수 있으며, 이렇게 제조된 금속 분말 사출 성형용 결합제는 금속사출 성형 공정에서 금속분말과 함께 혼련되어 금속분말 입자들을 바인딩하는 결합제로서도 우수한 효과를 나타낼 수 있다.

Description

금속분말 사출 성형용 결합제 조성물, 및 이를 포함하는 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물{Binder Composition for Metal Injection Molding, and Feedstock composition comprising the same}
본 발명은 금속 분말 사출 성형용 결합제 조성물과 이를 포함하는 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속 분말의 사출 및 혼련 공정에서 자극적인 냄새가 나지 않도록 한 결합제 조성물을 제조하고 이를 적용한 금속 분말 사출 성형용 피드스탁 조성물에 관한 것이다.
금속사출 성형(MIM, Metal Injection Molding) 공정은 플라스틱 산업의 사출성형 기술과 분말야금산업의 금속분말 소결 기술의 이점을 융합시킨 공법이다. 통상적인 금속사출 성형은 다음 도 1에서와 같이 금속분말(Metal powder)과 수지(binder)를 혼합(mixing)하여 사출 성형(injection molding)한 뒤, 가공체로부터 수지를 제거하고 소결하여 제품을 제조한다. 이러한 금속사출 성형 공정은 복잡하고 정밀하여 구현이 쉽지 않던 입체 형상의 금속 가공체를 금속소결 제품처럼 강도가 높고 치밀하게 제조하면서도, 플라스틱 제품처럼 비교적 간단한 공정으로 제조할 수 있다.
금속사출 성형 공정으로 제조되는 금속제품들은 금속분말을 고온에서 결합시키는 소결법으로 제조되기 때문에, 주조법으로 제조된 금속벌크 제품에 비하여 상대밀도가 낮거나, 미세한 크랙이 발생할 수 있는 단점이 있다.
또한, 공정 중 가해지는 열에 의해 부피가 변화하여 정밀함이 낮아지는 등의 불량이 발생할 수 있다. 이러한 종류의 물성 변화 또는 불량을 방지하기 위해서는 결합제(binder)를 사용하여 사출 시 금속분말 간의 간격, 분포, 유동성 등을 조절하는 것이 매우 중요하다.
결합제(binder)는 금속사출 성형 공정에서 금속분말과 함께 혼련되어 금속분말 입자들을 바인딩하는 역할을 주로 수행한다. 또한, 혼합물의 유동성을 높여주어 사출을 유리하게 하거나, 금속분말의 간격을 조절하고 고르게 분산시켜 표면특성을 향상시키는 역할 등을 수행할 수 있다. 이에 따라, 탈지/소결 공정에서 제품의 변형을 억제하고, 소결 후 금속 제품에 고밀도, 고강도, 정밀한 치수 안정성 등을 부여할 수 있는 결합제(binder)의 개발이 활발히 진행되고 있다.
일반적으로 결합제(binder)는 금속분말과 혼합된 상태로 함께 사출되어, 금속분말을 정형화한다. 이후 결합제(binder)는 탈지 단계에서 제거되어야 하며, 이때 탈지의 방법으로는 수지를 용매로 녹여내는 용매 탈지법, 가열하여 녹여내는 열 탈지법, 촉매를 이용하는 촉매 탈지법 등이 있다.
금속분말 사출 성형용 결합제 조성은 탈지방법에 따라 달라지는데, 일반적으로 용매 탈지법의 경우 폴리올레핀, 지방족으로 이루어진 왁스, 스테아린산 등으로 구성된다. 용매 탈지법은 헥산, 헵탄 등의 용매를 이용해야 하는데, 이들 용매는 화재위험으로 자유롭지 못하며, 혼련 및 사출 공정과 같은 고온 공정에서 고분자 물질의 기화로 인한 역한 냄새가 나는 문제가 있다.
또한, 열 탈지법의 경우, 다양한 고분자 수지 예를 들어 폴리옥시메틸렌, 폴리올레핀, 폴리에스터, 폴리아미드 또는 폴리스티렌계 수지, 지방족으로 이루어진 왁스, 스테아린산 등으로 구성된다. 열 탈지법은 단순히 열만을 이용하여 결합제를 제거하므로 공정 시간이 매우 길고 높은 가동 온도가 필요하며, 불활성 가스 분위기가 요구되므로, 에너지 효율이 낮고 비경제적이다. 또한, 용매 탈지법 조성과 마찬가지로 혼련 및 사출 공정 중 고온의 공정에서 역한 냄새가 나는 문제가 있다.
한편, 산 분위기에서 탈지를 수행하는 촉매 탈지법의 경우, 폴리옥시메틸렌 및 폴리올레핀으로 구성되고, 필요에 따라 왁스를 포함하기도 한다. 촉매 탈지법은 폴리옥시메틸렌이 산 분위기에서 잘 분해되어, 탈지 속도가 빠른 장점이 있으므로, 전 세계적으로 많은 회사들이 이용하고 있다. 이에 반해 상기 용매 및 열 탈지 공정 대비 사출 및 혼련 공정에서 폴리옥시메틸렌에 의해 더욱 역한 냄새가 나는 문제가 있다.
한국공개특허 제2016-0002964호는 폴리옥시메틸렌 공중합체 및 열가소성 POM 조성물에 관한 것으로서, 폴리옥시메틸렌의 공중합체의 점도를 조절하는 방법을 개시하였다. 이는 중합 공정에서 다양한 모노머의 도입을 통해 분말 사출 성형용 결합제를 제조하는 방법을 개시하였으나, 이 또한 폴리옥시메틸렌을 포함하므로 열처리 공정에서 역한 냄새가 나는 문제점이 있다.
상기 특허에서 제시하고 있는 다른 방법은 유럽공개특허 제0446708호, 제0444475호 및 제0853995호에 기재되어 있는데, 최소 2가지 이상(하나 이상의 고분자 수지와 하나 이상의 왁스계 물질)의 바인더로 이루어진 결합제이며, 이는 혼련 단계에서 각각의 바인더 소재의 특성에 따라 상용성에 문제가 발생할 수 있으며, 사출 공정 최적화에 걸림돌이 될 수 있다. 또한, 이는 녹는점이 적어도 50℃ 이상 차이가 있는 바인더 소재이므로, 사출 공정에서 부분적으로 각각의 바인더가 응집하여, 향후 탈지 및 소결 공정 후 최종 제품에서의 기포 또는 내부결함 등이 나타날 수 있며, 사출 공정에서 고온의 열에 의한 바인더 기화로 인해 역한 냄새가 날 수 있다. 또한, 탈지공정 또는 예비 소결공정에 있어서는 각 바인더의 제거를 위해 특정온도에서 유지시간을 가져야 하므로 탈지 시간 및 소결 시간에 영향을 줄 수 있으며, 배기가 확실하지 않다면, 역한 냄새가 나는 문제가 생길 수 있다.
따라서, 금속분말 사출 성형에 사용된 결합제를 종래 공지된 용매 탈지법, 열 탈지법, 촉매 탈지법 등의 어떤 방법을 이용하여 탈지 단계에서 제거되더라도 자극적인 냄새가 나는 문제를 피할 수 없고 이로 인해 작업 환경이 매우 열악해 질 수 있기 때문에 이에 대한 개선이 시급한 실정이다.
이에 본 발명의 목적은 금속분말과 혼합된 상태로 함께 사출되어, 금속분말을 정형화시키는 결합제로서, 사출 및 혼련 공정에서 발생하는 자극적인 냄새를 발생시키지 않도록 한 금속 분말 사출 성형용 결합제 조성물을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 특징을 가지는 금속 분말 사출 성형용 결합제 조성물을 포함하는 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물을 제공하는 데도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속 분말 사출 성형용 결합제 조성물은 바인더 70 내지 98 중량%, 및 방향성 물질을 포함하는 마스터배치 2 내지 30 중량% 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 바인더는 결합제 70 내지 90 중량%, 가소제 5 내지 15 중량%, 및 윤활제 5 내지 15 중량%의 조성을 가지는 것이 바람직하다.
상기 바인더 제조에 사용되는 상기 결합제는 폴리에틸렌계, 폴리프로필렌계, 폴리아세탈계, 폴리유산계, 폴리에스터계, 폴리아미드계 고분자 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 바인더 제조에 사용되는 상기 가소제는 파라핀 왁스, 카나우바 왁스, 마이크로크리스탈린 왁스, 비즈 왁스, 몬탄 왁스 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 바인더 제조에 사용되는 상기 윤활제는 스테아린산, Zn-Stearate, Ca-Srearate, 에틸렌 비스 스테아라미드(EBS, ethylene bis stearamide) 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 조성물에 포함되는 상기 방향성 물질을 포함하는 마스터배치는 알데히드, 페놀, 알코올, 에테르, 에스테르, 하이드로카본, 케톤, 락톤, 무스크 및 테르펜 중에서 선택되는 적어도 하나의 골격을 분자 구조 내에 포함하는 합성 향료, 또는 과일을 포함한 식물 또는 동물로부터 추출한 천연 향료 중에서 선택되는 1종 이상의 방향성 물질을; 폴리프로필렌계, 폴리에스터계, 폴리유산계, 폴리아미드계, 폴리에틸렌계 중에서 선택되는 1종 이상의 고분자에 분산시킨 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기 금속 분말 사출성형용 결합제 조성물을 포함하는 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물은,
(a) 상기 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물; 및
(b) 스테인레스계, 철계, 티타늄계, 니켈합금계, 구리계, 알루미늄계, 비정질 합금계 중에서 선택되는 단독 혹은 둘 이상의 혼합물로 이루어진 금속 분말을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 금속 분말의 평균입도는 1 내지 20㎛인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물은 상기 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물 5 내지 25중량%, 상기 금속 분말 75 내지 95중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물은 다양한 방향성 물질을 특정 고분자와 마스터 배치 형태로 제조하여 바인더 조성과 혼합 사용함으로써 종래 사출 및 혼련 공정에서의 역한 냄새가 나는 문제를 해결할 수 있어 작업자의 애로사항을 줄여 작업 성능을 향상시킬 수 있으며, 이렇게 제조된 금속 분말 사출 성형용 결합제는 금속사출 성형 공정에서 금속분말과 함께 혼련되어 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물에 사용될 때 금속분말 입자들을 바인딩하는 결합제로서도 우수한 효과를 나타낼 수 있다.
도 1은 통상적인 금속 사출 성형 공정 설명도이다.
본 발명은 방향성 물질을 함유하여 역한 냄새가 나지 않는 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물과 이를 포함하는 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물은 바인더 70 내지 98 중량%, 및 방향성 물질을 포함하는 마스터배치 2 내지 30 중량% 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상기 ‘바인더’는 결합제, 가소제 및 윤활제를 포함하는 조성으로 이루어진 것을 의미하며, 구체적으로는 결합제 70 내지 90 중량%, 가소제 5 내지 15 중량%, 및 윤활제 5 내지 15 중량%를 포함하는 조성으로부터 제조될 수 있다.
상기 바인더 조성에 포함되는 결합제는 폴리에틸렌계, 폴리프로필렌계, 폴리아세탈계, 폴리유산계, 폴리에스터계, 폴리아미드계 고분자 중에서 선택되는 1종 이상의 수지가 바람직하며, 바인더 조성 중 70 내지 90 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 결합제의 함량이 70 중량% 미만이면 사출체의 강도가 약해질 수 있고 90% 초과이면 상대적으로 윤활제 및 가소제 함량이 적어져 혼련 및 사출 공정에서 불량이 날 가능성이 있어 바람직하지 못하다.
상기 바인더 조성에 포함되는 상기 가소제는 파라핀왁스, 카나우바왁스, 마이크로크리스탈린왁스, 비즈왁스, 몬탄왁스 중에서 선택되는 1종 이상인 것으로 바인더 조성 5 내지 15 중량% 로 포함되는 것이 적절한 점도 조절을 위해 바람직하다.
상기 바인더 조성에 포함되는 윤활제는 스테아린산, Zn-Stearate, Ca-Srearate, EBS(ethylene bis stearamide) 중에서 선택되는 1종 이상인 것으로 바인더 조성 중 5 내지 15 중량%로 포함되는 것이 금속분말 사출 성형용 결합제 내에서 소결 이후 치수 안정성을 향상시키는 데 있어 바람직하다.
상기 조성으로 된 바인더는 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물 중 바인더 70 내지 98 중량% 로 포함되는 것이 안정적인 혼련, 사출, 탈지 및 소결 공정을 수행하기 위한 면에서 바람직하다.
특별히 본 발명에서는 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물의 사출 및 혼련 공정에서의 역한 냄새를 특정의 방향성 물질을 고분자에 분산시킨 마스터 배치 형태로 제조하여 사용함으로써 이러한 문제를 해결할 수 있었다.
상기 방향성 물질은 알데히드, 페놀, 알코올, 에테르, 에스테르, 하이드로카본, 케톤, 락톤, 무스크 및 테르펜 중에서 선택되는 적어도 하나의 골격을 분자 구조 내에 포함하는 합성 향료, 또는 과일을 포함한 식물 또는 동물로부터 추출한 천연 향료 중에서 선택되는 1종 이상의 성분을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 상기 방향성 물질을 폴리프로필렌계, 폴리에스터계, 폴리유산계, 폴리아미드계, 폴리에틸렌계 중에서 선택되는 1종 이상의 고분자에 분산시켜 마스터 배치 형태로 제조하는 것이 바람직하다.
상기 방향성 물질을 포함하는 마스터 배치는 상기 고분자 100중량부에 대하여 방향성 물질을 5 내지 30 중량부로 포함하는 것이 바람직하며, 방향성 물질이 5중량부 미만일 때는 사출 및 혼련 공정에서의 역한 냄새를 없애는 데 그 함량이 미흡하며, 30 중량부를 초과하는 경우에는 추가의 방향 효과를 발휘하는 데 의미가 없다.
이러한 방향성 물질을 포함하는 마스터 배치는 전체 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물 중에서 2 내지 30 중량%로 포함되는 것이 바람직하며, 그 함량이 2 중량% 미만이면 방향 특성이 저하되어 효과를 기대하기 어렵고 30 중량% 초과이면 경제성이 떨어지며, 방향특성을 극대화 되는 지점을 넘어가기 때문에 의미가 없다.
또한, 본 발명은 상기 금속 분말 사출성형용 결합제 조성물을 포함하는 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물은,
(a) 상기 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물; 및
(b) 스테인레스계, 철계, 티타늄계, 니켈합금계, 구리계, 알루미늄계, 비정질 합금계 중에서 선택되는 단독 혹은 둘 이상의 혼합물로 이루어진 금속 분말을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물은 상기 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물 5 내지 25중량%, 상기 금속 분말 75 내지 95중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 금속 분말의 평균입도는 1 내지 20㎛인 것이 바람직하다.
상기 금속 분말은 스테인레스계, 철계, 티타늄계, 니켈합금계, 구리계, 알루미늄계, 비정질 합금계 중에서 선택되는 단독 혹은 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있으며, 전체 조성물 중 75 내지 95 중량%로 포함된다.
분말 형태에 존재할 수 있는 금속의 구체 예로는 스테인레스, 알루미늄, 철, 특히 철 카보닐 분말, 크롬, 코발트, 구리, 니켈, 실리콘, 티타늄 및 텅스텐이 포함된다. 분말상 금속 합금의 예로는 알루미늄, 철, 티타늄, 구리, 니켈, 텅스텐 또는 코발트를 기재로 하는 고- 또는 저-합금강 및 금속 합금이 포함된다. 이들은 이미 완성된 합금, 예를 들면, IN713C, GMR 235 및 IN 100과 같은 초합금, 및 주 구성성분 Nd-Fe-B 및 Sm-Co를 사용하여 자석 기술로부터 알려진 합금의 분말, 및 개개 합금 구성성분의 분말 혼합물 둘 다를 포함한다. 금속 분말, 금속 합금 분말 및 금속 카보닐 분말, 금속 옥사이드, 금속 카바이드, 금속 나이트라이드도 또한 혼합물에 사용될 수 있다.
적합한 무기 분말은 또한 Al2O3, ZrO2, Y2O3과 같은 산화물 세라믹 분말, 뿐 아니라 SiC, Si3N4와 같은 비산화물 세라믹 분말, 및 NiZnFe2O4와 같은 추가 복합 산화물 분말, 및 또한 CoAl2O4와 같은 무기 컬러 안료이다.
상기 금속 분말의 함량이 75 중량% 미만이면 조성물 내 바인더 함량이 높아져서 탈지 및 소결 공정에서 불량이 나타날 가능성이 있고, 95 중량%를 초과하면 금속 함량이 너무 높아져 사출체 내부에 기공 발생으로 탈지 및 소결 공정에서 불량이 나타날 가능성이 크다.
또한, 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물에 포함되는 상기 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물은 5 내지 25중량%인 것이 바람직하며, 상기 결합제 조성물이 5중량% 미만이면 금속 분말을 wetting 하는데 부족한 상황이므로 사출체 내부에 기공이 발생하는 등 불량이 나타날 수 있으며, 25중량%를 초과이면 점도가 낮아지며, 바인더 함량이 많아 탈지시간이 길어지고 소결시 수축하는 단계에서 불량이 나타날 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물은 상기 조성 이외에도 통상의 첨가제를 추가로 포함할 수 있음은 물론이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1~4 : 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물
1) 바인더 제조
결합제 폴리아세탈 85 중량%, 가소제로서 파라핀왁스 5 중량%, 카나우바왁스 5 중량% 및 윤활제로서 스테아린산 5 중량%로 포함하는 조성을 혼합하여 바인더를 제조하였다.
2) 방향성 물질을 포함하는 마스터배치 제조
폴리에틸렌 고분자 100중량부에 대하여 라벤더향 향료를 20 중량부를 첨가하여 마스터배치 형태로 제조하였다.
3)금속분말 사출 성형용 결합제 조성물
하기 표 1에 따른 각 조성을 믹서에 넣고 혼련시켜 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물을 제조하였다. 바인더는 상기 1)에서 제조된 것을, 방향성 물질을 포함하는 마스터배치는 상기 2)에서 제조된 것을 각각 사용하였다.
함량(중량%) 실시예 비교예
1 2 3 1 2 3 4
바인더 70 83 98 100 50 60 -
방향성 물질을 포함하는 마스터배치 30 17 2 - 50 40 100
비교예 1~4 : 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물
비교예 1에서는 방향성 물질을 포함하는 마스터배치를 포함하지 않는 조성, 비교예 2와 3은 방향성 물질을 포함하는 마스터배치의 함량이 본 발명의 범위를 벗어나는 조성, 비교예 4는 별도의 바인더 물질을 포함하지 않고 방향성 물질을 고분자와 혼합한 마스터배치 형태만 포함하는 조성으로 제조하였으며, 구체 조성은 상기 표 1에 나타내었다.
실시예 4~7, 비교예 5~8 : 금속분말 사출 성형용 피드스톡 조성물
실시예 4~7, 비교예 5~8 에서는 상기 실시예 1에 따라 제조된 결합제 조성물에 따라 제조된 결합제 조성물을 각각 사용하여, 금속 분말을 하기 표 2의 조성대로 믹서에 넣고 혼련시켜 각각의 피드스톡을 제조하였다.
함량(중량%) 실시예 비교예
4 5 6 7 5 6 7 8
금속 분말(1) 75 80 90 95 60 70 98 100
결합제 조성물 25 20 10 5 40 30 2 -
(주)(1) 금속 분말: Atmix 社, STS-316L D50 8㎛
실시예 8~11, 비교예 9~12 : 금속분말 사출 성형용 피드스톡 조성물
실시예 8~11, 비교예 9~12 에서는 상기 실시예 2에 따라 제조된 결합제 조성물에 따라 제조된 결합제 조성물을 각각 사용하여, 금속 분말을 하기 표 3의 조성대로 믹서에 넣고 혼련시켜 각각의 피드스톡을 제조하였다.
함량(중량%) 실시예 비교예
8 9 10 11 9 10 11 12
금속 분말(1) 75 80 90 95 60 70 98 100
결합제 조성물 25 20 10 5 40 30 2 -
(주)(1) 금속 분말: Atmix 社, STS-316L D50 8㎛
실시예 12~15, 비교예 13~16 : 금속분말 사출 성형용 피드스톡 조성물
실시예 12~15, 비교예 13~16에서는 상기 실시예 3에 따라 제조된 결합제 조성물에 따라 제조된 결합제 조성물을 각각 사용하여, 금속 분말을 하기 표 4의 조성대로 믹서에 넣고 혼련시켜 각각의 피드스톡을 제조하였다.
함량(중량%) 실시예 비교예
12 13 14 15 13 14 15 16
금속 분말(1) 75 80 90 95 60 70 98 100
결합제 조성물 25 20 10 5 40 30 2 -
(주)(1) 금속 분말: Atmix 社, STS-316L D50 8㎛
비교예 17~20 : 금속분말 사출 성형용 피드스톡 조성물
비교예 17~20에서는 상기 비교예 1~4에 따라 제조된 결합제 조성물에 따라 제조된 결합제 조성물을 각각 사용하여, 금속 분말을 하기 표 5의 조성대로 믹서에 넣고 혼련시켜 각각의 피드스톡을 제조하였다.
함량(중량%) 비교예
17 18 19 20
금속 분말(1) 80 80 80 80
결합제 조성물 20 20 20 20
(주)(1) 금속 분말: Atmix 社, STS-316L D50 8㎛
실험예 1 : 냄새 평가
30대 각 연령별로 남,녀 5명씩 구성된 평가단 10명에게 상기 표 2 및 표 5에서 제조된 각 피드스톡 조성물의 제조, 금속사출 성형(MIM, Metal Injection Molding) 공정을 수행하고, 1)사출 및 혼련 공정에서 역한 냄새가 나는지의 여부를 검토한 실험 결과는 하기 표 3에 기재하였으며, 냄새평가는 각 공정시 실제 냄새가 나는 정도를 0-3 점으로 평가하게 한 후 평균 점수를 계산하였다.(역한 냄새가 나는 정도에 따라 3->2->1->0 으로 표시함)
실시예 비교예
4 5 6 7 5 6 7 8 17 18 19 20
냄새평가 0 0 0 0 3 3 2 0 3 0 0 0
상기 표 6의 결과를 참조하면, 본 발명과 같이 방향성 물질을 포함하는 마스터배치를 포함하는 결합제 조성을 이용한 실시예 4~7에 따른 피드스톡 조성물의 경우, 이를 이용하여 금속사출 성형 공정 수행시 사출 및 혼련 공정에서 역한 냄새가 나는 정도가 매우 양호한 것을 확인할 수 있다.
그러나, 방향성 물질을 포함하는 마스터배치를 포함하지 않고 종래 바인더 조성으로만 이루어진 결합제 조성을 사용하거나 함량범위를 벗어난 비교예의 경우 금속사출 성형 공정 수행시 여전히 사출 및 혼련 공정에서 역한 냄새가 나는 것으로 확인되었다.
실험예 2 : 물성 평가
또한, 각 결합제 조성물을 이용하여 금속사출 성형(MIM, Metal Injection Molding) 공정 수행시 확보되어야 할 물성 확인은 다음과 같이 수행하였으며, 그 결과는 하기 표 7~10에 기재하였다.
※ 특성평가방법
1) 혼련특성: 유동특성확인 (Rheological behavior, Viscosity)
2) 사출특성: 사출체 외관검사, X-ray 내부비파괴검사
3) 탈지특성: 탈지체 외관검사, X-ray 내부비파괴검사
4) 소결특성: 밀도측정
5) 품질검사: 소결체 경도, X-ray 내부비파괴검사
※ 표시방법 : 아주좋음 - ◎, 좋음 - ○, 보통 - △, 불량 - Ⅹ
물성 실시예 비교예
4 5 6 7 5 6 7 8
혼련 특성 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ △ Ⅹ
사출 특성 ◎ ◎ ○ ○ ◎ ◎ △ Ⅹ
탈지 특성 ◎ ◎ ◎ ◎ ○ △ ○ Ⅹ
소결 특성 ◎ ◎ ◎ ◎ △ △ Ⅹ Ⅹ
품질 검사 ◎ ○ ◎ ○ △ △ Ⅹ Ⅹ
물성 실시예 비교예
8 9 10 11 9 10 11 12
혼련 특성 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ △ Ⅹ
사출 특성 ◎ ◎ ○ ○ ◎ ◎ Ⅹ Ⅹ
탈지 특성 ◎ ◎ ◎ ◎ △ ○ ○ Ⅹ
소결 특성 ◎ ○ ◎ ○ △ △ △ Ⅹ
품질 검사 ◎ ○ ○ ◎ △ △ Ⅹ Ⅹ
물성 실시예 비교예
12 13 14 15 13 14 15 16
혼련 특성 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ △ Ⅹ
사출 특성 ◎ ◎ ○ ◎ ◎ △ △ Ⅹ
탈지 특성 ◎ ◎ ◎ ◎ △ ○ ○ Ⅹ
소결 특성 ◎ ○ ○ ○ ○ △ △ Ⅹ
품질 검사 ◎ ◎ ◎ ○ △ △ Ⅹ Ⅹ
물성 비교예
17 18 19 20
혼련 특성 ◎ ◎ ◎ ◎
사출 특성 ◎ ◎ ◎ △
탈지 특성 ◎ △ ○ Ⅹ
소결 특성 ◎ Ⅹ Ⅹ Ⅹ
품질 검사 ◎ Ⅹ Ⅹ Ⅹ
상기 표 7~10의 결과를 참조하면, 본 발명과 같이 방향성 물질을 포함하는 마스터배치를 포함하는 결합제 조성을 이용한 실시예 4~15에 따른 피드스톡 조성물의 경우, 금속사출 성형 공정 수행시 확보되어야 할 물성들이 대체로 우수한 것으로 확인되었다.
그러나, 방향성 물질을 포함하는 마스터배치를 포함하지 않고 종래 바인더 조성으로만 이루어진 결합제 조성을 사용한 비교예 5~16의 경우 일부 혼련이나 사출 특성이 우수하게 나타났으나 여전히 소결 특성이나 품질 검사에서 미흡한 것으로 확인되었다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (10)

  1. 바인더 70 내지 98 중량%, 및 방향성 물질을 포함하는 마스터배치 2 내지 30 중량%를 포함하는 금속 분말 사출성형용 결합제 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 바인더는 결합제 70 내지 90 중량%, 가소제 5 내지 15 중량%, 및 윤활제 5 내지 15 중량%의 조성을 가지는 것인 금속 분말 사출성형용 결합제 조성물.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 결합제는 폴리에틸렌계, 폴리프로필렌계, 폴리아세탈계, 폴리유산계, 폴리에스터계, 폴리아미드계 고분자 중에서 선택되는 1종 이상인 것인 금속 분말 사출 성형용 결합제 조성물.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 가소제는 파라핀 왁스, 카나우바 왁스, 마이크로크리스탈린 왁스, 비즈 왁스, 몬탄 왁스 중에서 선택되는 1종 이상인 것인 금속 분말 사출 성형용 결합제 조성물.
  5. 제 2항에 있어서
    상기 윤활제는 스테아린산, Zn-Stearate, Ca-Srearate, 에틸렌 비스 스테아라미드(EBS, ethylene bis stearamide) 중에서 선택되는 1종 이상인 것인 금속 분말 사출 성형용 결합제 조성물.
  6. 제 1항에 있어서
    상기 방향성 물질을 포함하는 마스터배치는 알데히드, 페놀, 알코올, 에테르, 에스테르, 하이드로카본, 케톤, 락톤, 무스크 및 테르펜 중에서 선택되는 적어도 하나의 골격을 분자 구조 내에 포함하는 합성 향료, 또는 과일을 포함한 식물 또는 동물로부터 추출한 천연 향료 중에서 선택되는 1종 이상의 방향성 물질을;
    폴리프로필렌계, 폴리에스터계, 폴리유산계, 폴리아미드계, 폴리에틸렌계 중에서 선택되는 1종 이상의 고분자에 분산시킨 것인 금속 분말 사출성형용 결합제 조성물.
  7. 제1항에 따른 금속 분말 사출성형용 결합제 조성물을 포함하는 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물은,
    (a) 제1항에 따른 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물; 및
    (b) 스테인레스계, 철계, 티타늄계, 니켈합금계, 구리계, 알루미늄계, 비정질 합금계 중에서 선택되는 단독 혹은 둘 이상의 혼합물로 이루어진 금속 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물.
  9. 제8항에 있어서, 상기 금속 분말의 평균입도는 1 내지 20㎛인 것을 특징으로 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물은 상기 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물 5 내지 25중량%, 상기 금속 분말 75 내지 95중량%로 포함되는 것인 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물.
KR1020200140397A 2020-10-27 2020-10-27 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물, 및 이를 포함하는 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물 KR20220055868A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200140397A KR20220055868A (ko) 2020-10-27 2020-10-27 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물, 및 이를 포함하는 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200140397A KR20220055868A (ko) 2020-10-27 2020-10-27 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물, 및 이를 포함하는 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220055868A true KR20220055868A (ko) 2022-05-04

Family

ID=81584323

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200140397A KR20220055868A (ko) 2020-10-27 2020-10-27 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물, 및 이를 포함하는 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20220055868A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3952006B2 (ja) 焼結用原料粉末又は焼結用造粒粉末およびそれらの焼結体
JP5970795B2 (ja) 射出成形用組成物の製造方法
JP5970794B2 (ja) 射出成形用組成物および焼結体の製造方法
TW442347B (en) Improved metal-based powder compositions containing silicon carbide as an alloying powder
CN102985198B (zh) 用于制造烧结碳化物产品的方法
US20070065328A1 (en) Powder metallurgical compositions and methods for making the same
JP5857688B2 (ja) 射出成形用組成物および焼結体の製造方法
Huang et al. Effect of backbone polymer on properties of 316L stainless steel MIM compact
US5860055A (en) Process for producing granular material and shaped parts from hard metal materials or cermet materials
DE102016110337B4 (de) 3D-Druck von verschiedenen anorganischen Materialien
WO2020200426A1 (en) Sinterable feedstock for use in 3d printing devices
KR102275122B1 (ko) 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물
JP2015071828A (ja) 硬質材料の粉末を製造するための水性スラリー
KR20150040229A (ko) 경질 재료 및 수성 경질 재료 밀링 슬러리로부터 그를 제조하는 방법
KR20220055868A (ko) 금속분말 사출 성형용 결합제 조성물, 및 이를 포함하는 금속분말 사출 성형용 피드스탁 조성물
JP4360339B2 (ja) 成形体形成用組成物
JP2004332016A (ja) 金属造粒粉末体及びその製造方法、並びに金属粉末体
JPH0353003A (ja) 射出成形用組成物
RU2718946C1 (ru) Способ получения гранулированной металлопорошковой композиции (фидстока) и композиция, полученная данным способом
WO2020198658A1 (en) Systems and methods for injection molding of nanocrystalline metal powders
JP2006328099A (ja) 射出成形用組成物
Chol et al. Microstructure and Property of Sintered M4 High Speed Steels with regard to Evolution of Carbides and Carbonitrides
JP2758569B2 (ja) 金属粉末射出成形法による鉄系焼結体の製造方法
Korotchenko et al. Development of Ultra-Fluid Compositions of Feedstock for Metal Injection Molding
JPH02294403A (ja) 射出成形性、焼結性に優れる射出成形用金属粉末およびその製造方法ならびに金属粉末射出成形用コンパウンド

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application