KR20240045153A - 분말 야금용 고밀도 복합 윤활제 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
분말 야금용 복합 윤활제 및 이의 제조 방법에 대한 것으로, 에틸렌-비스-올레아마이드; 및 에루카아미드;를 포함하는 분말 야금용 복합 윤활제.를 포함하는 분말 야금용 복합 윤활제를 제공할 수 있다.
Description
분말 야금용 복합 윤활제 및 이의 제조 방법에 대한 것이다.
분말야금 부품은 수십에서 수백 마이크로미터 크기의 금속분말을 부품 모양의 금형에 충진하여 가압 후 용융온도 이하에서 분말을 화학적으로 결합시켜 제조된다.
소결 부품으로 제작 시 타 공법 대비 경제성, 균일한 품질 및 최종 결과물 형상의 성형이 가능한 장점을 나타내어 자동차 분야에 여러 부품이 적용 중이다.
소결 부품을 제조하기 위해선 금형 충진 후 가압하는 공정을 거치게 되는데 이를 성형 공정이라고 한다. 성형 공정은 금속 분말을 큰 압력으로 가압하기 때문에 금속분말 간 또한 금속분말과 금형간 마찰이 발생하고 이 마찰로 인해 금형 마모 및 제품 취출 시 금형에서 배출이 안되는 현상들이 발생한다. 또한 제품은 표면 조도 불량과 밀도 불량 현상이 발생하게 된다.
이에 성형용 윤활제는 성형 공정 중 금속 분말 간 그리고 금속 분말과 금형간 발생하는 마찰력을 줄이기 위해 금속분말에 혼합하여 사용되고 있다.
일반적인 성형용 윤활제로 단일물질 왁스 (Wax) 및 지방산 금속비누 등의 유기물이 사용되고 있고 이 윤활제들은 통상 성형밀도 7.0g/㎤ 미만에 주로 적용되고 있다. 이는 그 이상의 성형밀도에서는 성형압 및 마찰열로 인해 윤활성이 떨어지기 때문이다.
최근 자동차 분야의 경량화 추세에 따라 소결 부품의 소형화 및 고강도 요구가 커지고 있어 이에 따른 고강도 구현을 위한 고밀도 소결 부품이 필요하게 되어 성형밀도를 높이기 위한 공법들을 적용하고 있다.
고밀도 성형(철합금기준 7.0~7.3g/㎤)을 위해서는 주로 온간성형, 온간다이성형 및 2P2S 공법을 적용하고 있으나 장치나 공정이 추가된다는 문제점이 있다.
또한 일반적인 단일 조성 윤활제를 사용하면 종래의 성형방법으로는 목표 밀도를 확보하기 어려우며 확보하더라도 윤활성 저하로 금형 파손, 제품 표면 조도 불량 등과 문제점들이 발생한다.
일본 공개 특허 2001-523127를 살펴보면 제1 윤활제는 스테라아라미드, 올레아미드 및 에틸렌-비스-올레아마이드 중 선택하여 사용하고 있고 그의 중량은 5~75% 한정하고 있으며 제2 윤활제로 에틸렌-비스-스테아라미드를 사용하고 있다.
또한, 그 제조방법으로 윤활제의 용융 혼합물을 액체 질소 또는 물에 상기 혼합물을 직접 주입하여 냉각하거나 냉각 금속위에 떨어뜨려 냉각시킨 다음 밀링(milling)으로 윤활제를 파쇄하고 있다. 이는 제조공정이 복잡해 비용 상승이 크다.
이에 본 발명에서는 분말가열 혹은 금형가열을 하여 성형밀도를 올리는 방법이나 1차 성형-가소결-2차 성형을 하여 제조하는 2P2S (2pressing-2sintering) 방법처럼 여러 공정을 거치지 않고 윤활제의 성능을 높여 목표 밀도를 달성하고자 하였다.
이에 본 발명의 목적은 종래의 상온 성형 공법으로 단일 혹은 단순 혼합 윤활제로는 달성하기 어려운 성형 밀도를 구현하는 복합 윤활제 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 목적은 종래의 단일 혹은 단순 혼합 윤활제보다 우수한 윤활 특성을 가지면서 가격경쟁력을 갖춘 복합 윤활제 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서는, 에틸렌-비스-올레아마이드; 및 에루카아미드;를 포함하는 분말 야금용 복합 윤활제를 제공한다.
상기 복합 윤활제 조성 100중량% 내 에틸렌-비스-올레아마이드는 80 중량% 이상 포함될 수 있다. 보다 구체적으로, 80 내지 95중량%, 85 내지 95중량%, 또는 85 내지 90 중량% 포함될 수 있다.
상기 복합 윤활제는 700 내지 800 MPa 성형압력에 따른 성형체의 밀도가 7.23 g/cm3 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에서는, 에틸렌-비스-올레아마이드; 및 에루카아미드;를 포함하는 분말 야금용 복합 윤활제를 제조하는 단계; 및 상기 액상의 복합 윤활제를 가스분무장치를 이용하여 분무하는 단계;를 포함하는 분말 야금용 복합 윤활제의 제조 방법을 제공한다.
상기 에틸렌-비스-올레아마이드; 및 에루카아미드;를 포함하는 분말 야금용 복합 윤활제를 제조하는 단계;는, 140-160℃에서 수행될 수 있다.
상기 액상의 복합 윤활제를 가스분무장치를 이용하여 분무하는 단계;는, 250-450 kPa 조건에서 수행될 수 있다.
상기 액상의 복합 윤활제를 가스분무장치를 이용하여 분무하는 단계;에 의해 수득된 미분의 고상 윤활제를 분급하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 분급된 고상의 윤활제는 입도 (D50)은 150 ㎛ 이하일 수 있다.
상기 에틸렌-비스-올레아마이드; 및 에루카아미드;를 포함하는 분말 야금용 복합 윤활제를 제조하는 단계;에서, 상기 복합 윤활제 조성 100중량% 내 에틸렌-비스-올레아마이드는 80 중량% 이상 포함될 수 있다. 이때 조성 범위에 대해서는 전술한 바와 같이 단계적으로 조절될 수 있다.
종래의 상온 성형 공법으로 단일 혹은 단순 혼합 윤활제로는 달성하기 어려운 성형 밀도를 구현하는 복합 윤활제 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 목적은 종래의 단일 혹은 단순 혼합 윤활제보다 우수한 윤활 특성을 가지면서 가격경쟁력을 갖춘 복합 윤활제 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 제조 방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 가스분무장치(Gas Atomizer)의 개략도이다.
도 3은 가스 분무 후 윤활제의 개념도이다.
도 4는 가스분무 후 윤활제의 구형상을 확인한 SEM 사진이다.
도 5는 분급 후 윤활제의 입도 분포를 확인한 자료이다.
도 6은 성형압에 따른 성형품의 외관 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 가스분무장치(Gas Atomizer)의 개략도이다.
도 3은 가스 분무 후 윤활제의 개념도이다.
도 4는 가스분무 후 윤활제의 구형상을 확인한 SEM 사진이다.
도 5는 분급 후 윤활제의 입도 분포를 확인한 자료이다.
도 6은 성형압에 따른 성형품의 외관 사진이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 일 구현예에서는, 에틸렌-비스-올레아마이드; 및 에루카아미드;를 포함하는 분말 야금용 복합 윤활제를 제공한다.
보다 구체적으로, 상기 복합 윤활제 조성 100중량% 내 에틸렌-비스-올레아마이드는 80 중량% 이상 포함될 수 있다. 보다 구체적으로, 80 내지 95중량%, 85 내지 95중량%, 또는 85 내지 90 중량% 포함될 수 있다.
상기 범위에서 제조된 액상의 윤활제로 분말 윤활제를 형성할 때, 금속 분말 성형 시 성형체의 밀도 향상 및 낮은 취출 에너지를 갖는 특성을 나타낼 수 있다.
에루카아미드 5 중량% 미만이 되면 이형 윤활 특성이 상대적으로 감소하는 문제가 발생할 수 있다. 20중량% 초과 시 에루카아미드의 경우 성형 시 발생하는 열로 인해 액상이 되어 성형체 외부로 유출되어 외관 불량 요소로 나타날 수 있다.
보다 구체적으로, 에루카아미드는 스테아릴 스테아레이트를 포함할 수 있다.
구체적인 예를 들어, 스테아릴 스테아레이트는 스테라인 산을 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분말 야금 복합 윤활제 조성 및 그 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 제조 방법은, 에틸렌-비스-올레아마이드; 및 에루카아미드;를 용융하여 액상의 복합 윤활제를 제조하는 단계; 및 상기 액상의 복합 윤활제를 가스분무장치를 이용하여 분무하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 에틸렌-비스-올레아마이드; 및 에루카아미드;를 용융하여 액상의 복합 윤활제를 제조하는 단계;는, 140-160℃에서 수행될 수 있다.
이는 액상의 윤활제를 제조할 수 있는 용융 온도 범위로 선택되는 윤활제의 종류에 따라 적절히 조절될 수 있다. 용융 온도 140℃ 이하이면 용융되는 속도가 매우 느려거나 용융이 되지 않아 미용융 분말이 가스분무장치 노즐을 막아 생산성을 저해 시키는 문제를 발생할 수 있다.
용융 온도 160℃이상이 되면 융점이 가장 낮은 물질로부터 증기가 발생하게 되어 작업환경을 오염 시키며 또한 온도에 의해 탄화물이 발생하여 가스분무 노즐을 막거나 제품에 섞여 성능을 떨어뜨리는 결함이 발생할 수 있다.
상기 액상의 복합 윤활제를 가스분무장치를 이용하여 분무하는 단계;는, 250-450 kPa 조건에서 수행될 수 있다.
보다 구체적으로, 액상의 윤활제를 도 2와 같이 가스분무장치(gas atomizer)의 챔버에 투입한다. 액상의 윤활제가 아래로 흐르게 되고 이때 가스압력 250-450 kPa으로 분사하면 가스에 의해 액상의 윤활제는 미립화하면서 빠른 냉각속도로 고상화 한다.
이 고상화된 윤활제의 형태는 구형상으로 나타나며 빠른 냉각으로 인해 첨가물질들이 편석 되거나 용출되지 않는다.
보다 구체적으로, 도 3과 같이 첨가된 2가지 물질이 복합화 하게 된다. 이렇게 복합화된 구형상의 윤활제는 첨가 물질별 특징을 모두 갖게 된다.
가스압력은 노즐 크기에 따라 달라질 수 있으며, 같은 노즐 크기에서는 가스 압력에 따른 평균 입도가 달라지게 된다.
상기 액상의 복합 윤활제를 가스분무장치를 이용하여 분무하는 단계;에 의해 수득된 미분의 고상 윤활제를 분급하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 분급된 고상의 윤활제는 입도 (D50)은 150 ㎛ 이하일 수 있다.
가스분무법장치로 제조된 고상의 윤활제 입도 분포는 3-350㎛로 나타난다. 150㎛이하의 크기를 사용하기 때문에 분급이 필요하다.
분급은 체진동기나 기류식 분급기를 이용하여 제조된 분말 윤활제를 150㎛이하의 크기로 선별을 수행한다. 150㎛이상의 분말 윤활제가 포함된 성형체로 소결을 하게 되면 외관 품질 불량 요소가 될 수 있다. 또한 성형 시 밀도 저해 및 윤활성 저해 요소가 될 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 및 비교예
복합 윤활제 조성성분으로서 에틸렌-비스-올레아마이드와 에루카아미드의 조성비를 하기 표 1과 같이 혼합하여, 용탕온도 150℃로 용해하여 액상의 윤활제를 제조하였다. 액상 윤활제를 가스분무장치에서 분무하여 분말 윤활제를 제조하였다. 분급기로 150㎛이하의 입자 크기로 선별하여 분말 윤활제를 제조하였다. 도 5는 입도 분급 후 입도분포 그래프이다.
도 4는 제조된 분말 윤활제을 전자주사현미경(SEM)으로 관찰한 사진이다. 제조된 분말 윤활제는 구형상을 띄고 있다.
금속 기재 분말로, FL4405M(현대제철 혼합철분)을 준비하였다. 금속 기재 분말 100 중량%에 상기에서 준비된 분말 윤활제 0.5 중량%를 혼합하여 철분을 제조하였다. 혼합철분을 10mm 원형 금형에 넣고 700~800MPa 성형압력을 가하여 성형체를 제조하였다.
FL4405M은 0.85중량%몰리브덴, 0.5중량% 흑연과 나머지 중량% 순철로 이루어진 혼합분말이다.
복합 윤활제 조성성분으로서 에틸렌-비스-올레아마이드와 에루카아미드의 조성비 및 성형압에 따른 성형체 밀도 변화를 측정하였으며 그 결과는 표 1에 나타내었다.
표 1에 나타난 결과를 보면 에루카아미드는 첨가량이 많아 질수록 모든 성형압에서 성형체 밀도는 상승하였다 하지만 20중량% 초과되면 성형체 외관에 액상의 윤활제가 관찰되었다. 이 유출된 액상의 윤활제는 외관 불량의 요소로 작용될 수 있다.
에틸렌-비스-올레아마이드 85중량%와 에루카아미드 15중량%의 조성비를 가진 윤활제를 사용하는 경우 성형체 밀도 상승도 가장 크게 일어났음을 알 수 있다.
| 구분 | 화학적 조성 (중량%) | 성형압에 따른 성형체 밀도 (g/㎤) | 윤활제 외관 유출 | |||
| 에틸렌-비스-올레아마이드 | 에루카아미드 | 700MPa | 750MPa | 800MPa | ||
| 실시예 및 비교예 | 75 | 25 | 7.23 | 7.26 | 7.30 | 0 |
| 85 | 15 | 7.20 | 7.26 | 7.30 | X | |
| 90 | 10 | 7.19 | 7.24 | 7.28 | X | |
| 95 | 5 | 7.16 | 7.21 | 7.24 | X | |
| 구분 | 성형압에 따른 성형체 밀도 (g/㎤) | 외관품질 | |||
| 600MPa | 700MPa | 750MPa | 800MPa | ||
| Lube M | 7.068 | 7.162 | 7.185 | 7.202 | 양호 |
| 개발재 | 7.102 | 7.203 | 7.240 | 7.266 | 양호 |
상기 실시예의 방법으로 금속 기재 분말과 윤활제를 혼합하여 혼합철분을 제조하되, 윤활제는 본 발명의 윤활제와 당사에서 양산하고 있는 복합윤활제인 Lube M 각각 혼합하여 비교 실시하였다.
혼합철분을 외경70mm이고 내경 30mm인 원형 금형에 넣고 600~800MPa 성형압력을 가하여 성형 높이 15mm성형체를 제조하였다.
표 2에서, 본 발명의 윤활재와 양산 윤활제의 성형압에 따른 성형체 밀도를 나타내었다. 또한, 도 6에는 성형 후 외관 상태이다.
이상에서 비교한 바와 같이, 본 발명은 윤활제를 구성하는 에틸렌-비스-올레아마이드와 에루카아미드를 사용하고, 가스분무법으로 복합 윤활제를 제조함으로써 성형 특성이 우수한 윤활제를 제조할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Claims (9)
- 에틸렌-비스-올레아마이드; 및
에루카아미드;를 포함하는 분말 야금용 복합 윤활제.
- 제1항에 있어서,
상기 복합 윤활제 조성 100중량% 내 에틸렌-비스-올레아마이드는 80 중량% 이상 포함되는 것인 분말 야금용 복합 윤활제.
- 제1항에 있어서,
상기 복합 윤활제는 700 내지 800 MPa 성형압력에 따른 성형체의 밀도가 7.23 g/cm3 이상인 것인 분말 야금용 복합 윤활제.
- 에틸렌-비스-올레아마이드; 및 에루카아미드;를 포함하는 분말 야금용 복합 윤활제를 제조하는 단계; 및
상기 액상의 복합 윤활제를 가스분무장치를 이용하여 분무하는 단계;
를 포함하는 분말 야금용 복합 윤활제의 제조 방법.
- 제4항에 있어서,
상기 에틸렌-비스-올레아마이드; 및 에루카아미드;를 포함하는 분말 야금용 복합 윤활제를 제조하는 단계;는,
140-160℃에서 수행되는 것인 분말 야금용 복합 윤활제의 제조 방법.
- 제4항에 있어서,
상기 액상의 복합 윤활제를 가스분무장치를 이용하여 분무하는 단계;는,
250-450 kPa 조건에서 수행되는 것인 분말 야금용 복합 윤활제의 제조 방법.
- 제4항에 있어서,
상기 액상의 복합 윤활제를 가스분무장치를 이용하여 분무하는 단계;에 의해 수득된 미분의 고상 윤활제를 분급하는 단계;를 더 포함하는 것인 분말 야금용 복합 윤활제의 제조 방법.
- 제7항에 있어서,
상기 분급된 고상의 윤활제는 입도 (D50)은 150 ㎛ 이하인 것인 분말 야금용 복합 윤활제의 제조 방법.
- 제4항에 있어서,
상기 에틸렌-비스-올레아마이드; 및 에루카아미드;를 포함하는 분말 야금용 복합 윤활제를 제조하는 단계;에서,
상기 복합 윤활제 조성 100중량% 내 에틸렌-비스-올레아마이드는 80 중량% 이상 포함되는 것인 분말 야금용 복합 윤활제의 제조 방법.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220124493 | 2022-09-29 | ||
| KR20220124493 | 2022-09-29 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240045153A true KR20240045153A (ko) | 2024-04-05 |
Family
ID=90714221
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020230131863A KR20240045153A (ko) | 2022-09-29 | 2023-10-04 | 분말 야금용 고밀도 복합 윤활제 및 이의 제조 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20240045153A (ko) |
-
2023
- 2023-10-04 KR KR1020230131863A patent/KR20240045153A/ko unknown
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