KR850000235B1 - 납땜(brazing)용 소결체의 제조 방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

납땜(brazing)용 소결체의 제조 방법

제1도는 실시예 1에 기재된 본 발명에 의한 소결체에 있어, 니켈망이 존재하였떤 부분이 외부로 개구된 망상의 홈을 형성한 상태를 나타낸 확대도.

제2도는 실시예 2에 기재된 본 발명에 의한 소결체에 있어, 코발트 금속의 구상 거친입자가 존재하였던 부분이 외부로 개구된 기공을 형성한 상태를 나타낸 현미경 사진(×25).

제3도는 실시예 3에 기재된 본 발명에 의한 소결체에 있어서 니켈망이 존재하여 있는 부분이 외부로 개구된 망상이 흠을 형성한 상태를 나타내는 사진.

본 발명은 초경합금, 서어미트 합금 등에 대표되는 탄화물, 질화물, 붕화물, 규화물 등의 내화성 경질 물질의 금속으로 결합한 액상 소결합금의 치밀한 소결체의 제조 방법에 관한 것으로, 여기에서 말하는 금속에는 단일체의 금속과 합금을 포함한 것으로 한다.

주(主) 재료의 텅스텐 탄화물을 코발트 금속으로 결합한 초경 합금, 혹은 주 재료의 티탄 탄화물을 니켈 금속으로 결합한 서어미트 합금과 같이 내화성 경질물질을 금속으로 결합한 액상 소결합금은 일반적으로 복잡한 형상의 소결체를 제조하는데는 기술적으로 어려움이 있고 또한 이들의 합금은 값이 높다. 그러므로 복잡 또는 대형의 절삭공구나 내마모성 부품 및 구조용 부품등을 제조하는 경우, 비교적 간단한 형상의 소형 소결체를 강등의 주재료에 기계적 또는 물리적으로 고정하거나 또는 납땜(brazing)으로 제품하는 경우가 많다.

일반적으로 내화성 경질 물질은 강과 같은 주재료에 비하여 열팽창계수가 어느정도 적으므로 소결체의 열팽계수도 일반적으로 적으며, 강의 1/2 또는 그 이하의 경우도 있다. 따라서 소결체를 주 재료에 납땜한 경우 소결체의 계면 및 그의 근방에는 양자의 열팽창계수의 차로 인한 응력과 변형이 발생하고, 반대측의 소결체 표면에도 인장 응력이 부가된다. 납땜에 의하여 발생 또는 부가되는 그러한 응력과 변형에 의하여 소결체의 강도가 낮아지고 연삭 또는 사용시에 칩핑 또는 균열이 발생하기 쉽게 된다.

납땜에 의하여 발생하는 응력이나 변형을 감소시켜 소결체의 강도 저하를 억제하기 위하여 종래부터 여러가지 방법이 시행되어 왔다.

즉, 낮은 용융점으로 납땜하여 사용하거나 동판을 사용하는 샌드위치 납땜등이 그 일예인데, 완전히 그 문제를 해결하는 방법은 확립되지 않고 있다. 덧붙여서 TiC-Ni-Mo계 서어미트 합금은 절삭 공구로서 초경합금과 거의 같은 용도에 사용가능함에도 불구하고, 전자가 일반적으로 납땜공구로서 사용되지 못하는 이유는 납땜에 의한 강도 저하가 공구재료로서의 적성을 현저하게 저하시키기 때문이다.

본 발명은 이와같은 종래의 소결체의 납땜에서의 문제점을 해결하는 일을 목적으로 하고 소결체의 특정한 면에 다수의 기공 또는 흠이 납땜에 적합하도록 치밀하게 형성된 소결체의 제조방법에 관한 것이다.

액상 소결 합금을 제조하는 경우, 소결과정에서의 치밀화를 용이하게 하고, 또 소결체에 적정한 특성을 부여하기 위하여 결합금속용 원료 분말로는 통상 1μm 이하에서 수 μm 정도의 입자 크기인 티세분말이 사용된다. 이들의 원료 분말을 균일하게 혼합한후, 성형된 가압 분말체를 소결온도로 가열 유지하여 소결하는 과정에서 결합 금속 성분은 용융하고, 그 용융 결합금속 성분의 표면 장력에 의하여 가압분말체는 급속하게 수축하여 치밀화가 진행된다. 그 액상의 발생을 상세히 설명하면, 가압 분말제를 소결온도로 가열 유지하는 과정에서, 일반적으로 결합금속중에는 우선 이것과 접촉되고 있는 내화성 경질 물질에서, 이것을 형성하고 있는 원소가 고체상태에서 확산한다.

그 고체상태에서의 확산에 의한 결합금속의 조성 변화에 따라 결합금속 성분의 용융점이 낮아진다. 따라서 결합금속이 확산물질과의 사이에서 공정형(共晶型) 합금을 형성하는 경우는 공정온도 이상으로 가열하면, 결합금속 성분은 용융하고, 치밀화가 진행된다는 것은 잘 알려지고 있다.

예를들면 WC-Co계의 합금에서는 코발트 금속의 용융온도가 1,495℃이나, 그 합금에서의 결합금속의 공정 온도가 1,280℃ 전후이므로 코발트 금속의 용융온도와 금속결합성분의 공정온도와의 사이의 온도 영역인 1,350-1,450℃ 정도로 소결하는 경우가 많다.

또 TiC-Ni-Mo 계통의 합금에 있어서도 결합금속 성분의 공정온도는 1,270℃ 전후이고, 통상 니켈금속의 용융 온도인 1,455℃ 이하에서 소결한다.

상기한 바와같이 이들의 소결체를 제조하는 경우의 소결온도는 결합 금속의 용융온도 이하의 경우가 많으나, 그 경우 가열과정 및 소결온도에 있어서 소결 금속성분이 용융하여 액상을 발생할 때까지에 소요되는 시간은 고체상태의 확산에 의한 결합금속의 조성변화에 지배되기 때문에, 원료 분말의 혼합상태와 각 원료분말간의 접촉상태 및 결합분말의 입도 등에 의존한다.

본 발명은 액상 소결합금에 있어 내화성 경질 물질을 형성하는 원소의 고체상태의 확산에 의하여 결합금속의 용융 온도의 저하 및 그와 같이 하여 액상을 발생하는데 소요되는 시간이 결합금속의 입도에 의존되는 것을 이용하여 납땜면에만 다수의 기공 또는 홈을 가진 치밀한 소결체를 제조하는 방법에 관한 것이다.

지금 소결용 원료의 분말 혼합물을 성형함에 있어,가압 분말체의 특정면에 결합금속과 같은 금속이고 또 결합 금속 분말의 입도에 비하여 직경 또는 두께가 10배 이상의 거친 입자, 선, 혹은 판상 금속을 혼합시킨다. 그 가압분말체를 결합금속 성분이 액상으로 되는 온도 예를 들면, 공정 온도보다 고온이고, 또 결합금속 분말의 용융점보다 낮은 온도 영역으로 가열하여 소결하면, 결합금속 성분이 용융하여 급속한 치밀화가 진행되는 단계에서 거친입자, 선, 혹은 판은 그 표면에서 결합 금속성분과 같은 형태로 용융하나, 아직 충분한 확산이 진행하지 않으며, 그 온도에서의 액상 발생 조성에 도달하지 않고 있는 내부는 고체 상태를 유지하게 된다. 또 가열을 계속하면 거친입자, 선, 혹은 판은 그 중심부까지 확산이 진행되어 최종에는 용융된다.

본 발명은 결합금속 분말의 용융 온도가 소결체의 원료 분말혼합물의 결합 금속 성분의 용융 온도보다 적어도 50℃ 이상 높은 경우, 거친 입자, 선, 혹은 판의 직경 또는 두께와 승온속도를 포함한 소결조건을 조정함에 의하여 해당 소결체의 치밀화가 완료 또는 거의 완료된 후에 거친입자, 선, 또는 판을 최종적으로 용융시킬 수 있는 것이 가능하고, 그 경우, 용융된 금속의 일부는 그의 근방에 존재하여 국부적으로 결합 금속 성분을 다량으로 함유하는 조성을 형성하게 된다.

그러나, 대부분은 소결체의 표면에 확산하여 금속 표면층을 형성함에 의하여 거친 입자, 선, 또는 판이 존재한 부분에 기공 또는 홈을 형성하는 것을 보게 되었다. 그와 같이하여 치밀화가 완료된 후에 용융된 금속에 의한 금속 표면층의 형성은 납땜재료와의 접착을 양호하게 하고 또 접착강도를 증가시키는 효과가 있으며, 납땜용 팁으로서 유효한데, 그 효과는 티탄 탄화물을 다량으로 함유하는 초경합금이나 티탄 화합물을 주재료로 하는 서어미트 합금과 같이 주 재료인 내화성 경질물질과 납땜재료와의 접착강도가 적은 경우에 특히 현저하다.

또 납땜면에 개구된 다수의 기공이나 홈의 형성은 납땜면에서의 응력 및 변형을 분할하는 효과가 있고, 또한 납땜을 할때 기공 혹은 홈에는 납땜재료가 용이하게 충전되는 결과, 납땜 면적의 증가에 의한 납땜 강도의 증대와 납땜접합에 의한 변형의 흡수효과 등 납땜용 소결체로서 아주 유효한 역활을 하는 것이 확인되었다.

본 발명에 있어서, 거친 입자, 선, 혹은 판은 반드시 결합 금속분말과 같은 금속에 한정되지 않고 소결과정에서 액상이 발생하는 온도보다 50℃ 이상 높은 용융온도를 가지고, 내화성 경질 물질과의 습윤성이 양호하고 또 결합 금속 성분으로서 유효한 금속이면 좋다.

그것은 이들의 금속에 있어서도 그것과 같거나 유사한 현상과 효과를 얻을 수 있는 것은 이상에서 설명한 기구로부터 당연히 명백하기 때문이다.

그리고, 본 발명에서 사용하는 거친입자, 선, 혹은 판의 직경 또는 두께를 결합금속 분말 입도의 10배 이상으로 한정한 이유는 그 이하의 직경 또는 두께의 거친입자, 선, 혹은 판을 사용한 경우, 액상 발생하의 확산속도의 관계에서 소결체의 치밀화가 완료 또는 거의 완료된 후에, 혼합시킨 거친입자, 선, 혹은 판을 용융시키는 것이 실제로 불가능하기 때문이다. 치밀화가 충분히 진행되지 않은 단계에서 거친 입자, 선, 혹은 판이 용융하면 용융된 금속의 소결체의 전체에 퍼지고 그 결과 소결체의 조성 및 성질을 본질적으로 변화시켜 버린다. 또 거친입자, 선, 혹은 판으로 사용하는 금속의 용융온도가 소결체의 결합금속 성분의 액상발생온도보다 50℃ 이상 높은 것이 필요한 이유도 상기한 이유와 같고, 온도차가 50℃ 미만일 경우는 소결체의 치밀화가 완료 또는 거의 완료된 후에 실제로 있게한 거친입자, 선, 혹은 판을 용융시키는 것이 기술적으로 거의 불가능하다는 것이 확인되었기 때문이다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.

[실시예 1]

선의 직경 0.3mm의 순수 니켈선의 30메시 망을 일변이 12mm의 정방형으로 절단하고, 수소 분위기에서 900℃로 1시간 가열한후, 서냉하여 소둔하였다. 그 니켈망을 일변이 15mm의 정방형 금형의 하부 펀치상에 올려놓은 후, 중량비가 76% Tic-11% Ni-13% Mo의 조성을 통상의 방법으로 조정한 혼합분말의 소정량을 충전하고, 2톤 1cm²의 압력으로 두께 5mm의 가압 분말체를 만들었다. 그 가압분말체를 600℃에서 1시간 예비소결후, 600℃에서 1,380℃까지를 15℃ 1분의 속도로 승온하고, 진공 분위기중에서 1시간 유지시켜 소결하였다.

얻어진 치밀한 소결체에서, 니켈망이 존재하였던 부분은 제1도에 도시한 바와 같이 기공으로 되고 망상의 홈(2)이 소결체(1)의 표면에 형성되었더, 그 소결체에 대하여 단면조직 및 경도분포를 조사하나 결과, 형성된 홈(2)의 표면에 어느 정도 두꺼운 니켈금속층이 인정되었으나, 그 근방의 조직 및 경도에는 거의 변화가 인정되지 않았으며, 어느 것이나 정상이었다. 이와같은 점에서 니켈망은 해당 소결체의 치밀화가 완료된 후에 용융하고, 그 대부분은 소결체의 표면에 확산되어 금속 표면층을 형성함에 따라 니켈망이 존재하였던 부분이 기공화되고, 또 홈이 형성된 것으로 판단되었다.

본 발명에 의해 얻어진 소결체의 망상 홈이 존재하는 면을, 두께 10mm의 강재에 직접은 로울러를 사용하여 납땜을 하였다. 이와같이 납땜을 한 후, 소결체의 단면을 조사하여, 홈에 납땜 재료가 완전히 충전되고 있는 것을 확인하였다. 그와 같이 하여 납땜한 소결체를 G.C 연마석을 사용하여 가혹한 조건으로 연삭하고, 연삭에 의한 균열 발생상황을 조사한 결과, 본 발명에 의한 소결체는 홈이 존재하지 않는 통상의 소결체에 비교하여 명백하게 균열이 발생되기 어렵고, 납땜용 소결체로서 우수한 특질을 나타낸 것이 확인되었다.

본 발명에 의한 소결체에서의 효과는 납땜에 의하여 발생하는 응력이 홈의 존재에 의하여 분할됨과 아울러, 발생 응력이 주로 홈을 충전한 납땜 재료에 변형으로서 흡수되며, 또 잔존하는 응력이 홈의 존재에 의하여 복잡한 형상을 나타내는 납땜면의 근방에 정체하고, 그 영향이 반대측 표면에까지 이르지 않게 되는 등의 상승 효과에 의하여 이루어지는 것으로 생각된다.

[실시예 2]

중량비가 94% WC-6%Co 조성의 통상의 방법으로 조정한 혼합분말에 입도가 60-100메시의 코발트 금속의 구상, 거친 입자를 상기한 혼합 분말에 대하여 중량비로 10% 첨가하고, 분마기를 사용하여 수동으로 충분히 혼합하였다. 일변이 15mm의 정방형 금형내에, 먼저 그 혼합분말 1g을 균일하게 장입한 후, 94% WC-6%Co의 혼합분말을 소정량 충전하고 1톤/cm²의 압력으로 성형하여 두께 5mm의 가압 분말체를 만들었다. 그 가압분말체를 600℃에서 1시간 예비 소결한 후, 600℃에서 1,400℃까지를 15℃/분의 속도로 승온시켜, 진공 분위기중에 1.5시간 유지하여 소결하였다.

얻어진 치밀한 소결체에는 코발트 구상 입자를 흔입시킨 면에 제2도의 현미경 사진(×25)에 나타낸 바와 같이 표면에 개구된 다수의 기공이 형성되었다.

[실시예 3]

직경 0.2의 순수 니켈선으로 50메시의 망을, 실시예 1의 경우와 같이 900℃로 소둔처리를 시행하였다. 그 니켈망을 JIS(일본공업 표준) 바이트 팁 01-3금형의 하부 펀치상에 올려놓은 후, 중량비가 75% Tic-15% Ni-10% Mo 조성을 갖게 통상의 방법으로 조정한 후 혼합 분말을 소정량 충전하고, 2톤/cm²의 압력을 가하여 가압 분말체를 만들었다. 그 가압분말체를 수소 분위기중에서 900℃로 1시간 예비소결후 진공로에 장입하여 600℃에서 1,350℃까지 12℃/분의 속도로 승온하고 10^-4mmHg의 진공 분위기 중에서 1.5시간 유지하여 소결했다. 얻어진 소결체는 정상 조직 및 경도를 갖는 치밀한 소결체이고, 니켈망이 존재하였던 부분은 제3도에 표시한 바와같이 망상의 홈을 형성하였다.

이상에서 얻어진 본 발명의 소결체의 홈이 존재하는 면을 통상의 로울러를 사용하여 납땜하고, 표준 바이트를 제조하였다.

본 발명에 의한 소결체를 사용한 표준 바이트와 비교하기 위한 같은 조성으로된 드로우-어웨이. 팁에 관하여,

피절삭재 : JIS SKH55(브리넬경도 260)

피절삭재칫수 :

45mm×250mm

절삭속도 : 100m/분

절삭깊이 : 1.5mm

이송속도 : 0.13mm/rev

공구형상 : 전방레이크 각 -5˚ : 횡레이크 각 -5˚ : 전방간격 5˚ : 횡간격 5˚ : 전방절삭날각 15˚ : 횡절삭날각 15˚ : 노우즈 반경 12의 절삭조건으로 둥근봉의 외주 절삭 시험을 시행하여 공구수명까지의 평균 절삭 횟수를 구했다.

그 결과 드로우-어웨이. 팁은 5번의 절삭으로 공구 수명에 도달한 것이 비해, 본 발명에 의한 소결체로 된 납땜 바이트의 공구 수명은 8번이었다. 어느 경우에도 수명형태는 주로 마모수명이었다. 이와같은 사실에서, 본 발명으로 제조된 소결체를 사용함에 의하여 납땜에 따른 내. 침핑성능의 저하는 완전히 제거된 것이 명백하다.

[실시예 4]

중량비가 30% Tic-46% WC-10% TaC-12% Ni-2% Mo의 조성으로된 혼합분말에 입도가 60-80메시의 니켈 금속의 구상 거친 입자를 상기한 혼합 분말에 대하여 중량비로 20% 첨가하고, 분마기를 사용하여 수동으로 충분히 혼합했다. 그 혼합분말을 0.2g/cm²의 비율로 금형내에 균일하게 장입한 후, 30%의 TiC-46% WC-10% TaC-12% Ni-2% Mo의 혼합분말을 소정량 충전하고, 1톤/1cm²의 압력으로 성형하여 두께 5mm의 판상의 가압분말체를 성형하였다.

그 가압분말체를 통상의 방법에 의하여 예비소결후, 1,400℃에서 2시간 진공 소결하고, 특정면에만 외부에 개구한 다수의 기공을 갖힌 치밀한 소결체를 얻었다.

상기한 본 발명에 의한 소결체와 비교를 위해 같은 조성으로된 통상의 소결체를 납땜하여 각각 절단날수가 12장인 사이드 커터를 만들고, SCM 4재료(브리넬경도 300)를 이송속도 640mm/분 절삭길이 1.28m의 조건에서 하향 절삭하고, 양자에 대해 절삭속와 절삭날 선단의 결손간의 관계를 조사하였다.

통상의 소결체를 납땜한 경우는 절삭속도 150m/ 분에서 절삭날 선단의 결손이 관찰된 것에 대해, 본 발명에 의한 소결체를 납땜한 커터에서는 200m/분의 절삭속도에서도 절삭날 선단의 결손은 발생하지 않았다. 그와같은 사실에서 본 발명에 의하여 제조된 소결체는 단속 절삭에서도 납땜에 따르는 내. 칩핑 성능의 저하를 제거 또는 경감시키는 효과가 현저하다는 것이 명백하다.

[실시예 5]

중량비가 70% TiC-20% Ni-10% M의 조성으로된 혼합분말에 입도가 60-100메시의 410L 스테인레스강의 거친 입자를 상기한 혼합분말에 대하여 중량비로 20% 첨가하여 충분히 혼합한 것을 사용하여 실시예 1 및 4에 준하여 처리한바, 동일하게 납땜면에 다수의 기공을 가진 소결체를 얻었다. 또 결합금속으로서의 합금에는 스테인레스 강이나 니켈합금 등이 사용된다.

Claims (1)

1. 탄화물, 질화물, 산화물, 봉화물, 규화물 등의 내화성 경질물질을 금속으로 결합하는 액상 소결합금의 납땜(brazing)용 소결체의 제조 방법에 있어서, 결합금속 성분의 액상 발생온도보다 50℃ 이상 높은 용융점과, 내화성 경질물질과의 양호한 습윤성과, 결합금속성분으로하여 유효한 성질을 가진 금속으로 되고, 직경 또는 두께가 결합금속 분말의 입도의 10배 이상인 거친 입자, 선, 혹은 판을 내화성 경질물질과 결합금속의 분말 혼합물의 특정면에만 혼합시킨 가압분말체를 형성하고, 잇따라 가압분말체의 치밀화가 완료 또는 거의 완료된 후에, 혼합시킨 거친입자, 선, 혹은 판을 용융시키는 조건으로 소결하여 특정면에만 다수의 개구된 기공 또는 홈을 가지게 한 것을 특징으로 하는 납땜(brazing)용 소결체의 제조방법.

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