KR840001010B1 - 치밀한 액상소 결합금의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

치밀한 액상소 결합금의 제조방법

제1도는 조성물의 망사형 구조내에 니켈금속과 니켈망사형 구조근처의 미세조직을 보여주는 실시예 1에 따른 1320℃의 온도에서 속결한 액상소결합금을 광학현미경으로 찍은 현미경사진(×150)

제2도는 니켈 망사형 구조와 니켈 망사형 구조근처에서 소결될 부분을 보여주는 액상소결합금을 광학현미경으로 찍은 현미경 사진(×15)

본 발명은 탄화물, 질화물, 산화물, 붕화물, 구화물등과 같은 내화성경질물질을 금속과 결합시켜 얻어지는 초경합금 및 서어미트로 대표되는 액상소결합금의 제조방법에 관한 것으로, 특히 상기합금의 일부 또는 전체에 다량의 결합금속 성분이 치밀한 애상 소결합금의 제조방법에 관한 것이다.

액상소결합금의 제조방법에 있어서, 소결공정중에 합금의 치밀화를 용이하게하고 소결된 합금에 최적의 특성을 부여하기 위해 입도 1μm 이하에서 수 μm 정도인 미세분말형태의 결합금속이 사용된다. 따라서 분말형태의 내화성 경질물질과 결합금속을 유일하게 혼합하고 압분시킨다음 소결온도로 가열하여 소결된 압분체를 생성하였다.

액상소결방법에서 결합금속성분이 용융되고, 압본체는 용융결합 금속 성분의 표면장력으로 인하여 급히 수축하므로 전체소결합금이 치밀환된다. 결합금속성분이 액상으로 변화하는 과정을 보다 상세히 설명하면 압분체를 소결온도로 가열하고 상기 온도로 유지하는 과정에서 결합금속과 혼합된 내화성 경질물질 원소는 고체상태에서 결합금속으로 확산된다.

원소의 고체상태 확산에 의하여 야기된 결합금속의 조성 변화는 결합금속성분의 융점을 강하시킨다. 따라서 결합금속이 확산된 원소와 공정합금을 형성할 경우 압분체가 공정온도 이상으로 가열되므로 결합금속 성분이 용융되고 압분체의 치밀화가 진행된다는 것은 공지사실이다. 예컨대, WC-CO계의 액상소결합금에서 코발트 금속의 용융온도는 1495℃ 그러나, 본 합금의 결합금속성분의 공정온도가 약 1280℃이므로 소결반응은 코발트 금속의 용융 온도와 결합금속성분의 공정온도 사이의 범주내에 있는 1350-1450℃에서 일어난다. 또한 TiC-Ni-Mo 계의 액상소결합금에서는 결합금속성분의 공정온도가 약 1270℃이므로 합금의 소결은 니켈금속의 융점인 1450℃ 이하의 온도에서 보통 일어난다.

상기한 바와 같이 상기 소결체를 생성할 때의 소결온도는 대부분의 경우결합금속의 용융온도보다 낮다.

결합금속성분이 소결온도에서 가열 유지되고 용융되며, 액상으로 변화하는데 필요한 시간은 내화성경질물질을 이루는 원소의 고상확산으로 인한 결합금속의 조성변화에 의해 조절된다. 따라서, 상기 시간은 원료분말의 혼합상태, 각원료분말의 접촉상태 및 결합금속분말의 입도등에 따라 변화된다.

한편, 이 소결체와 같은 액상소결합금에 있어서는 결합금속이 소결과정중에 용융되기 때문에 결합금속이 다량 함유되면 압분체는 그형상을 유지할 수 없으며 소정 형상의 소결체를 얻을 수 없으므로 압분체내에 함유되는 결합금속의 양은 제약된다.

본 발명은 탄화물, 질화물, 산화물, 붕화물, 규화물등과 내화 성경물질을, 결합금속과 동일한 거친입자, 스트랜드 및 판을 합금의 국부적인 부분이나 전부분에 다량함유 시키는 것과 같은 방법으로 그속이나 합금에 결합시킨 치밀한 액상 소결합금의 제조방법을 제공한다.

본 발명은 액상소결합금내에 존재하는 내화성 경질물질 원소가 고체상태에서 합금의 결합금속성분으로 확산되어 결합금속성분의 입도가 변화하므로 결합금속성분의 용융온도가 강하되고, 결합금속이 액상으로 변화하는데 요하는 시간이 단축됨을 기반으로 하고 있다.

본 발명에 따라 결합금속분말의 입도보다 큰 직경이나 두께를 가진결합금속과 동일한 거친입자, 스트랜드나 금속판을 압분체가 압분형성되었을 때 분말형태로 원료물질 압분체내에 위치시키거나 접촉시킨다. 이렇게 형성된 압분체를 결합금속 분말의 용융온도 이하 및 결합금속성분의 공정온도 이상으로 가열하여 소결시킨다. 결합금속 성분이 용융되고 압분체의 치밀화가 급격히 일어나는 단계에서 고체상태의 내화성경질물질원소는 거친입자, 스트랜드나 판의 내부를 형성하는 금속조성물을 변화시키고, 금속을 현온도에서 액상으로 변화 시키기에 충분할 정도로 확산되지 않는다. 따라서 거친입자, 스트랜드나 판의 내부는 계속 고체상태이다. 본원 발명자는 결합금속분말의 입도 보다 20배 이상 큰 직경이나 두께를 가진 거친입자, 스트랜드나 판을 형성하는 결합금속 성분의 용융온도가 분말형태인 원료물질 혼합물중 결합금속성분의 용융온도 보다 최소한 120℃ 이상 높을 경우, 거친입자, 스트랜드나 판의 직경 또는 두께와 중온속도를 포함한 소결조건을 조절하므로 거친입자, 스트랜드나판이 고체상태를 유지하는 상태로 압분체내에 유지되며, 소결압분체의 치밀화가 완료된다는 사실을 알았다.

본 발명에 따른 액상 소결합금은 치밀하여 국부적인 부분이나 합금전체에 다량의 결합금속 성분을 함유하므로 종래의 액상소결합금과는 다른 미세조직과 성질을 갖는다. 다음은 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로 설명한 것이다.

[실시예 1]

직경이 10²0μ인 수수니켈스트랜드로 형성된 100 메쉬크기의 망을 일변이 12mm인 사각형으로 절단하고 수소분위기하에 900℃의 온도로 1시간 동안 가열한 후 서냉하여 소둔하였다. 일반적인 방법으로 제조한 중량%로 70% TiC-20% Ni-10%Mo 함유조성물의 분말혼합물을 일변이 15mm인 사각 금속주형에 장입하였다. 그런다음 상기 장입물을 2톤/c㎠의 압력으로 가압하여 5mm 두께의 압분체를 생성하였다. 상기 분말혼합물의 압분체를 600℃의 온도로 1시간동안 예비소결한 후, 이 예비소결체를 12℃의 온도에서 미리 예정된 온도까지 12℃/분의 속도로 승온 소결하고 진공상태에서 1시간동안 1280-1350℃의 미리예정된 온도범의로 유지하였다.

소결체의 특성과 니켈의 메쉬형 구조상태를 표 1에 나타내었다. 제1도는 1320℃의 온도에서 소결하여 얻은 소결체내의 메쉬형 구조의 상태 및 니켈메쉬형 구조근처의 소결체의 미세조직을 나타낸 것이다. 소결체는 1300-1330℃의 온도에서 소결할 때 치밀화된 정상적인 미세조직을 가지며, 분말형태의 원료물질 압분체내에 위치한 망사형 니켈구조는 소결체내에서 대체적으로 그원형을 보존한다. 따라서 본 발명에 의하여 종래의 분말야금 방법으로 제ㅈ할 수 있었던 현저히 다량의결합금속성분을 국부적으로 함유하는 치밀한 액상소결합금을 제조할 수 있다는 것을 알게되었다.

[표 1]

[실시예 2]

각변이 12mm×42mm의 장방형 금속주형하단부에 길이방향으로 직각으로 단면형상이 반경 1mm인 반원형상의 돌기를 같은 간격으로 5개 형성하였다. 일반적인 방법으로 제조한 중량%으로 75% TiC-15% Ni-10%Mo을 함유하는 조성물의 분말혼합물의 소정변형량을 상술한 주형에 장입시키고, 크기가 10mm×40mm인 것을 제외한 실시예 1의 니켈망을 금속주형 장입물위에 위치시킨 다음 미리 예정된 량의 분말 혼합물을 금속주형에 장입하였다. 그런다음 상기 장입물을 2톤/㎠의 압력으로 가압하여 두께 5mm의 압분체를 제조하였다. 상기 분말 혼합물의 압분체를 900℃의 온도로 1시간 동안 예비소결한 후 이예비소결체를 10℃/분의 속도로 승온시키며 소결하여 진공상태에서 1시간동안 1330℃의 온도로 유지하였다. 이렇게 제조된 소결체는 주형하단부의 반원돌기를 따라 파장형태로 방사형 구조의 니켈을 가지고 있다. 소결체는 충분히 치밀화되어 있으며 망사형 구조의 니켈은 용융되지 않고 실제로 그 원형을 보존한다. 제2도는 소결된 후의 망사형구조 니켈의 상태를 나타낸 것이다.

표 2는 압분체내의 망사형 구조니켈의 깊이와 생성소결합금내의 소결체의 휨정도 사이의 관계를 나타낸것이다. 망사형 구조의 니켈이 깊이 0.04mm일 경우 이 망사형 구조의 니켈은 압분체가 수축됨에 따라 종축방향으로는 쉽게 변형되며, 생성된 소결체는 휨이 실제로 나타나지 않는다.

[표 2]

이러한 방법으로 제조한 소결체를 망사형 구조의 니켈이 존재하는 표면에서 은을 함유한 경납을 사용하여 두께 8mm의 강철재료와 납땜시키고 각종 상태하에 열삭시켰다.

망사형구조의 니켈이 없는 유사형태의 소결체를 동일두께의 강철재료에 경납땜하여 결합시키고 본 발명에 따른 소결체와 동일상태하에 위치시켜 연삭으로 인한 균열을 조사하였다. 망사형구조의 니켈이 존재하는 소결체에서는 경납땜에 의해 생기는 응력이 주로 망사형 구조의 니켈에 흡수되므로 망사형 구조의 니켈이 존재하지 않는 경우에 비해서 확실히 균열이 발생하지 않고, 따라서 본 발명에 따른 소결체는 경납땜용 소결체로서 우수한 특성을 나타내었다.

[실시예 3]

일반적인 방법으로 제조한 중량%로 94% WC-6%CO 함유한 조성물의 분말 혼합물에 10중량%의 60-100 메쉬 입도의 거친 코발트입자를 첨가하였다. 상기 혼합물을 몰탈을 사용하여 완전히 혼합시킨다음 일변이 15mm인 사각금속 주형에 장입하였다. 이 장입물을 2톤㎠의 압력으로 압분시켜 두께 5mm의 압분체를 제조하였다. 이 분말혼합물의 압분체를 600℃의 온도로 1시간동안 가열한 후, 이 예비소결체를 15℃/분의 속도로 600-1350℃의 온도로 가열하고 진공상태에서 1시간 반동안 유지한후 소결하였다. 이렇게 생성된 소결체는 완전히 치밀화 되었으며 코발트의 거친입자가 텅스텐 탄화물상의 정상조직내에 실제로 원형으로 분산되고 코발트 결합상이 미세입자로 분산된 특수조직을 갖는다. 상기의 조직을 가진 액상 소결합금은 종래의 방법으로는 제조되지 않는다.

[실시예 4]

실시예 1에서 사용한 70% Tic-20% Ni-10% Mo의 분말혼합물에 20% 중량%으로 60-100메쉬의 입도를 갖는 거친입자의 410L 형 스텐인 레스강(융점 1482-1532℃)을 첨가한 후 이 혼합물을 몰탈을 사용하여 완전히 혼합하였다. 상기 혼합물을 일변이 15mm인 사각형태의 금속주형에 장입한 후 2톤/㎠의 압력으로 압분하여 두께 3mm의 압분체를 제조하였다. 이 분말혼합물의 압분체를 예비소결하기 위하여 600℃의 온도로 1시간 동안 가열한 후 이 예비소결체를 진공로에 장입하였다. 진공로의 가열대에서 1340℃의 온도로 가열한 후에, 이 예비소결압분체를 진공로의 가열대에서 1시간동안 유지한 후 소결하였다. 이렇게 생성된 소결체는 완전히 치밀화 되었으며 410L형 스테인 레스강의 거친입자는 실체로 원형으로 보존된다.

상기한 바와 같이 본 발명의 각종 실시예를 설명하였지만 본 발명에서 사용된 거친입자, 스트랜드, 판은 결합금속과 동일한 금속일 필요는 없다. 어떤 금속이나 결합금속이 소결공정중에 일어나는 액상으로의 변형온도 보다 120℃ 높은 용융온도와 내화성 경질물질에 대하여 훌륭한 습윤성을 가지며, 결합금속 성분으로서 유효하다면 거친입자,스트랜드, 판을 형성하는데 사용될 수 있다.

상기 금속이나 합금을 사용할 수 잇는 본 발명을 요약 기술한 메카니즘에서 상기 금속이나 합금이 결합금속성분과 동일한 금속으로 사용될 때 유사현상에서유사효과를 나타내는 것이 명백하기 때문이다.

거친입자, 스트랜드, 판의 두께나 직경이 결합금속분말의 입도의 20배 이상의 값으로 제한되는 이유는 다음과 같다. 거친입자, 스트랜드나 판의 직경이나 두께가 상기 값보다 적을경우 거친입자, 스트랜드나 판은 결합금속 성분이 액으로 변화한 후의 내화성 경질물질 원소의 확산속도에 비추어 고체상태에서 소결체를 치밀화 하기가 실제로 불가능하기 때문이다.

본 발명에서 거친입자, 스트랜드나 판을 형성하는 금속이나 합금의 용융온도가 소결체의 결합금속성분이 액상으로 변화하는 온도보다 120℃ 높은 오도이어야 하는 이유는 다음과 같다.

즉 온도차가 120℃ 이하일 경우, 25%크롬함유 Ni-Cr합금(용융온도 : 1380-1420℃)이나 인코넬(용융온도:1370-1400℃)의 거친입자를 공정온도 1270℃인 TiC-Ni-Mo 계합금 분말 혼합물과 혼합할 때 소결상태를 조절하므로 거친입자를 고체상태로 유지하며 소결체를 치밀화시키는 것이 기술상 거의 불가능하기 때문이다.

Claims (1)

1. 탄화물, 질화물, 산화물, 봉화물, 규화물 등과 같은 내화성 경질물질을 금속 또는 합금으로 결합한 치밀한 액상 소결합금의 제조방법에 있어서, 상기 결합금속 또는 결합합금 성분이 액상으로 변화하는 온도보다 120℃ 이상 높은 용융 온도를 가지며, 내화성 경질물질과의 양호한 습윤성을 가지며, 결합금속성분으로 유효한 성질을 가지며, 결합금속 또는 결합합금 분말의 입도보다 20배 이상 큰 직경 또는 두께를 가지며, 결합금속과 동일한 금속 또는 합금으로 구성된 그룹에서 선택한 거친입자, 스트랜드 또는 판을 상기한 내화성 경질물질과 결합금속 또는 결합합금과의 분말혼합물 압분체에 국부적 또는 전체적으로 혼재시킨 다음, 상기한 거친입자, 스트랜드 또는 판이 고상 상태를 유지하는 조건으로 소결시킴에 의해 국부적 또는 전체저긍로 결합금속 성분을 다량 함유시키는 것을 특징으로 하는 치밀한 액상소결 합금의 제조방법.

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