KR910008878B1 - 미립자 물질로부터 부품을 제작하기 위한 공정 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

미립자 물질로부터 부품을 제작하기 위한 공정

본 발명은 두개 또는 그 이상의 바인더(binder) 물질의 혼합물과 상기 바인더 물질과 금속 분말물의 미립자 물질로부터 형성된 미소결체들(green bodies)의 조제에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 다른 온도에서 결합하는 바인더 혼합물의 성분들이 형성된 미소결체 또는 성형체가 화학적 침출에 의해서 제거된 하나 또는 그 이상의 바인더 성분을 갖게 하고 부품에 다공성을 부여하고 그러면서도 구조적으로 안정된 바인더 혼합물의 성분들에 관한 것이다. 바인더 시스템의 잔류성분은 최종 소결온도 이하에서 제거될 수 있고 부품은 모든 바인더 요소들이 제거된 다음에도 그 형상을 유지하므로서 단지 미립자 물질을 남게하여서 소결은 완료될 수 있다. 더우기, 앞의 단계는 산화물 형성의 제거 또는 산화물 형성의 방지 조건하에서 완료되기 때문에 소결전 상태에서 바인더의 남은 열가소성부분을 제거하기 위한 디바인딩(debinding)에 소요되는 시간이 실질적으로 단축되고 또한 산화물 형성의 부재로 인하여 최종소결 시간이 단축된다. 이 공정은 부품의 균열을 없게 한다.

미립자 물질로부터 부품을 제작하는 종래 기술공정들은 대부분 만족할만한 제품을 생산하여 왔지만, 이들의 특징은 제작속도가 느린것 이었다. 또한 이들은 공정기간에 발생하는 제작부품의 산화때문에 이들 공정에서 사용하기에 적합한 금속합금들의 선택이 제한된다고 하는 결점을 갖는다. 이 산화는 널리 사용되는한 기술의 디바인딩 공정에서 발생하거나 또는 최근에 사용되기 시작한 다른 공정 기술에서는 공급재료의 혼합시에 발생할 수 있다. 또한, 공지의 종래 공정들은 시간상으로 더디거나 또는 값비싼 특수한 목적의 장치가 필요하게 된다.

종래의 제조방법에 의한 금속사출성형에서 바인더는 공급재료속에서 두가지 기본 기능을 하는데 즉, (1)은 액체형태로서 금속분말/바인더 슬러리에서 담체(carrier)로서 작용하여서 적당한 압력하에서 성형공동(cavity)을 균일하게 채우는 것 가능하게 하고 (2)는 고체형태로서 성형후와 소결전에 금속분말을 소망하는 형상으로 유지하도록 한다. 그리고 소결을 촉진하기 위하여 소결하기 전에 바인더 부분을 제거하여 성형체를 다공성으로 만든다. 이렇게 하기 위하여서는 바인더는 최소한 두가지 성분으로 이루어져야 하는데, 바인더의 첫번째 성분은 소결로에 넣어진 그대로의 성형체로 유지하기 위하여 성형체 속에 잔류하고, 바인더의 두번째 기본 성분은 소결전에 부품을 다공성으로 만들기 위하여 열 또는 선택적 침출 수단에 의해 부품으로부터 제거된다. 부품에 남는 바인더의 첫번째 성분은 이 성분이 소결로에서 부품으로부터 제거될때 금속분말을 소결전 상태로 만들기 위하여 높은 용융 또는 탄화온도(charringtemperature)를 가져야 한다.

에디등(Adee etal)의 미국특허 제4,225,345호에 의해 공지된 두성분 공급재로 바인더 시스템중에서 하나는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 그리고 그것의 혼합물과 같은 플라스틱(i)과 파라핀, 밀랍, 카르나우바(carnauba 및 그들의 혼합물과 같은 왁스들(ii)과를 합쳐서 이용한 시스템이다. 왁스들은 제거될 수 있는 바인더 성분이고 플라스틱들은 소결로에서 성형체를 떠나는 마지막 성분이다. 일반적으로 플라스틱은 300℉ 이상의 용융점 범위를 가지며 왁스는 125℉-200℉의 용융점 범위를 갖는다.

미소결 부품이 주형에서 형성되면, 그 부품이 냉각되며, 고화하여 매트릭스를 형성하는 첫번째 바인더 성분은 플라스틱이며, 두번째 성분은 왁스이다. 파라핀 왁스의 경우, 액상에서 고상으로 바뀔때에 17-20퍼센트의 범위에서 체적수축이 일어난다. 바인더의 이미 형성된 플라스틱 매트릭스에서 왁스 성분의 이와같은 갑작스러운 수축은 미소결 부품에 균열을 생기게 한다. 이것은 부품 전체의 냉각속도가 본질적으로 고르지 못한 부품의 불균일한 단면에서 더욱 뚜렷하다.

헤르미등(Hermi etal)의 미국특허 제4,283,360호에는 성형세라믹 또는 금속부품을 생산하기 위한 공정이 기술되어 있는데, 여기에서 바인더 시스템은 수지들의 혼합물이다. 한 수지는 용매에 녹는 수지로 용매에서 용해되어 제거되고, 다른 수지는 불용성 수지로서 소성공정으로 제거된다. 따라서, 바인더의 두성분은 고체이다. 그러나, 이 공정에서 문제점 중의 하나는 디바인딩 공정에서 용해과정이 약 50-100시간정도로 매우 길다는 것이다. 그러므로, 짧은 시간의 공정이 매우 절실하다.

바인더 제거에 관해서 특별한 관심을 갖게하는 종래의 기술에서 3개의 특허는 미국특허 웨이치(Weitch)의 제4,197,118호와 제4,404,166호 그리고 리버스(Rivers)의 제4,113,408호가 있다. 웨이치의 제4,197,118호 특허는 미소결 성형체를 다공성으로 되게하는 바인더의 제거에 대한 절차에 관한것이고, 그것은 열증발 또는 용매 추출에 의하여 성취되는 것을 제안하였다. 그러나, 미소결 부품을 디바인드하기 위한 웨이치의 기술은 둘다 시간적으로 더디고 값이 무척 비싼 것이다.

가열공기의 흐름속에서 열증발을 행하면, 깨어지기 쉽고 몹시 산화된 성형체가 만들어진다. 이것은 현재 사용하는 가장 일반적인 기술적 방법이다. 예를들면, 니켈/철 합금을 처리할때에, 공기중에서의 디바인딩은 2일 이상의 많은 시간이 소요된다. 또한 열증발 공정에서는 대단히 많은 양의 가열된 공기가 필요하게 되는데 이것은 비용이 많이들고 에너지의 효과적인 이용방법이 못된다. 열증발에 의해 생산된 심하게 산화된 성형체는 소결로에서 소결사이클이 시작되기 전에 환원된 분위기에서 산화물의 환원과정이 요구되고 따라서 총주기가 2-3일이 걸린다. 또한, 안정된 산화물을 형성하는 금속이나 합금들은 이 기술로는 처리할 수가 없다.

웨이치에 의하여 제안된 용매추출 기술은 기체형태의 용매를 주입하기전에 용매가 없는 상태에서 미소결 성형체를 미리 가열하는 것이 필요하다. 차거운 부품의 표면에 청정용매가 농축되고, 청정활동이 활발하기 때문에 차거운 부품을 용매의 증기에 넣을때, 증기 탈지는 가장 효과적이라는 것이 공업적 사용에서 공지되어 있다. 그 농축속도와 청정활동은 부품이 농축 용매의 온도까지 가열되는 만큼 감소한다. 웨이치는 성형체를 미리 가열하므로서 미소결 성형체에 주는 손상으로부터 회피하고 따라서 청정속도가 늦어지는 상기한 공지의 원리를 적용하였고 그 결과는 디바인딩 시간이 길어지고, 이 공정에서 특별한 장치가 필요하게 되었다. 웨이치의 특허에서 상술한 용매 추출에 요구되는 용매의 양과 시간은 실용적이지 못하며 이것은 현재 산업계에서 열증발을 널리 사용하는 것을 볼때 명백하다.

리버스의 공정은 실온에서 성형 가능한 슬러리를 형성하기 위하여 담체(carrier)로서 물, 메틸셀룰로스, 글리세린 및 붕산의 액체 혼합물과 금속분말의 혼합물을 이용한다. 미소결 성형체는 주형속의 슬러리의 온도를 상승시켜서 주형에서 형성되는데, 이것은 메틸셀룰로스가 물을 받아들이지 않게 되어서 겔을 형성한다. 환원철과 같은 활성분말들은 물속에서 산소와 반응하여 산화철을 생성하고 발열반응을 일으키는 것을 알게 되었다. 이것은 혼합물을 몰딩하기 전에 가열하고 준비하는 원인이 되고, 이 공정이 덜 활성적이고 합금전의 금속분말로 제한을 받게한다.

따라서, 상술한 종래 기술의 결점을 극복하고 특히 부품에 균열되는 것을 제거하는 미립자 물질로부터 제작하는 부품에 대한 새로운 공정을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

본 발명의 또 다른 목적은 산화물의 형성을 제거 또는 방지하는 공정을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 디바인드하는데 소요되는 시간을 실질적으로 단축하는 공정을 제공하는데 있다.

이들 목적들과 본 발명의 범위, 특성 및 이용은 다음의 기술과 첨부된 청구항들에 의해서 숙련된 사람들에서 명확하게 이해될 것이다.

대체로 본 발명은 다음의 단계에 의해서 미립자 물질로부터 소결 부품의 제조방법을 제공한다;

(i) 액체 슬러리 혼합물을 생산하기 위하여, 소정량의 분말미립자 물질과 바인더를 혼합하는데, 상기한 바인더는 적어도 낮은 용융점 성분과 높은 용융점 성분의 다른 용융점을 갖는 최소한 두성분으로 이루어지고, 액체상태로된 낮은 용융점 성분은 주위온도로 냉각하면 반고상 또는 비교적 연성으로 되고, (ii) 미립자 물질과 바인더의 혼합물을 열과 압력하에서 주형속으로 사출하여 상기한 혼합물을 소망하는 형태의 부품으로 미립자 물질과 바인더 혼합물의 몰딩과 그리고 상기 혼합물을 고화하는 것과, (iii) 액체 용매를 사용하여 선택적으로 저용융점 성분을 용해하여서 저용융점 성분을 제거하고 최소한 용해되지 않는 바인더의 고용융점 성분을 잔류하하게 하므로서 상기한 부품이 다공성이고 균열이 없게 하고, (iv) 바인더의 고용융점 성분을 최종 소결온도 이하로 가열하여 제거하므로서 실질적으로 바인더가 없는 부품을 만들고, (v) 최종 소결온도에서 바인더가 없는 부품으로 만들기 위하여 부품의 소결을 완료한다.

실시예에서, 미립자 물질은 니켈/철 합금으로된 금속분말이다. 더우기, 바인더의 저용융점 성분은 식물성 기름과 같은 기름으로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한 미립자 물질이 알루미늄으로 이루어진다.

대체로 본 발명에 따른 사출성형공정으로 분말 미립자 물질로부터 제작되는 부품에서 금속 또는 세라믹 분말들은 슬러리를 형성하기 위하여 상승된 온도에서 액상 열가소성 담체들 또는 바인더들과 혼합하고, 그 혼합물을 주위의 온도까지 내려서 경화하게 한다. 다음에 이것을 공급재료(feedstock)로 생산하기 위하여 과립상으로 만든다. 공급재료는 사출성형기의 원료통에서 다시 용융되고 원하는 형상의 미소결 성형체로 성형하기 위하여 적당한 압력하에서 냉각된 주형으로 사출한다. 열가소성 바인더 또는 그부분을 그의 융점이하로 냉각시키므로서 냉각된 주형속에 미소결 성형체가 성형되고 그리고 나서 바인더의 주요부분을 제거하므로서, 형상을 훼손하지 않은 다공성의 미소결 성형체가 된다. 다음에 다공성 미소결 성형체는 금속부품을 만들기 위하여 소결된다. 전체 소결공정 동안에 미소결 성형체는 최종 소결온도로 상승시키기 전에 증발 또는 소각으로 잔류 바인더를 제거하기 위하여 중간온도로 유지하게 한다. 종래 기술에 의한 금속사출성형 공정으로 제작되는 금속부품이 마주친 중요한 문제점은 성형된 미소결 성형체에서 자주 균열이 발생하는 것이고, 그것들이 일반적으로 몰딩 단계에서 일어나고, 미소결 부품을 성형하기 위하여 사용된 혼합물 또는 공급재료의 구성 특성에 기인한다고 하여도 이균열은 완성된 부품에서도 남게 된다. 본 발명의 공정에서 중요한 장점은 상기한 단점을 제거할 수가 있다는 것이다. 이 장점은 본 발명의 바인더 시스템의 사용에 의해서 실현될 수 있다.

본 발명의 바인더 시스템은 최소한 저용융점 성분과 고용융점 성분으로 이루어지고, 저용융점 성분이 주위온도로 냉각되면 액체상태로 남거나 또는 반고상 혹은 비교적 연성상태로 된다. 저용융점 성분은 액체 용매의 사용으로 제거되고 고용융점 성분은 소결사이클의 최종 소결온도 이하의 온도에서 가열하여 제거된다. 바인더의 고용융점 성분은 저용융점 성분의 용융점보다 약 150℉ 높은 용융점을 갖는 것이 바람직하고, 고용융점 성분은 약 300℉-400℉ 범위의 용융점을 가지며, 저용융점 성분은 약 175℉ 범위의 용융점을 갖는 것이 바람직하다. 상기한 온도 범위는 가장 실용적인 것으로 판명되었지만 그것에 본 발명을 좁게 제한하는 것이아니므로 유의 하여야 한다. 왜냐하면 후술하는 바인더 성분들의 특성과 상호관계는 즉, 적절한 바인더 성분의 선택이 가장 중요하다.

바인더의 이런 두개의 주요성분은 몰딩 단계에서 균열을 최소화하기 위하여 액체상태에서 양립할 수 있고 혼화(섞여서 융화함)하기 쉬워야 하고 양립할 수 있는 수축특성을 가져야 한다.

바인더의 고용융점 성분과 저용융점 성분의 수축을 양립할 수 있게 하기 위하여, 고용융점 성분의 매트릭스 상에 변형을 주지않는 저용융점 성분이 선택되어야 한다는 것을 발견하였고, 그것은 액체상태로 남아서 유동하거나, 반고상으로 되든가, 또는 그것들을 주위온도로 냉각시킨 후에도 비교적 연화되는 물질을 사용하여 성취 할 수가 있었다. 이런 물질들은 체적변화가 최소로 되고 바인더의 고용융점 성분과 양립하는 특성을 갖는다.

본 발명의 목적에 적당한 물질은 주위온도로 냉각시켰을때, 액체로 남는 식물성 기름이고, 이 기름은 냉각에 따른 수축에서 액체로 남고, 바인더의 플라스틱 매트릭스 속으로 유동된다.

주위온도에서 반고상이 되도록 냉각되는 물질은 식물성 기름과 왁스의 혼합물이고, 이 혼합물은 바인더의 저용융점 성분으로 유용하다. 왁스들 중에서는 파라핀 왁스와 카르나우바 왁스가 사용하기에, 적합하다. 기름과 왁스의 혼합물이 저용융점 성분으로 사용될때에는 혼합물의 기름에 대한 왁스의 중량비가 약 99/1 내지 약 50/50의 범위를 갖는 것이 바람직하다.

경화(Hydrogenated) 식물성 기름은 주위 온도로 냉각시켰을 때에, 비교적 연화하고 바인더의 저용융점 성분으로 단독으로 사용할때, 또는 파라핀 왁스와 같은 왁스와 혼합할때에도 유용한 물질이다. 이 물질은 액체 상태에서 고체상태로 변환하는 동안에 수축이 거의 일어나지 않는다.

고용융점 물질로서는 플라스틱 물질이 바람직하고, 상기 물질이 폴리에틸렌과 폴리프로필렌인 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명에서는 다른 적당한 플라스틱 물질을 사용할 수 있다.

상기 물질들 또는 유사한 성질의 다른 물질들을 이용하는 이들 원리들의 적용은 종래 기술의 몰딩 공정에서 흔히 관측되는 균열현상을 실질적으로 감소 또는 제거할 수 있는 것이 증명되었다.

바인더의 특수한 혼합물의 사용에 더하여 본 발명의 방법은 다공성 성형체를 생산하기위하여 화학침출로 바인더의 주요부분을 제거하는 특수한 방법과 그물형태의 금속부품을 생산하기 위하여 산화물의 형성을 방지하는 상태에서 성형체의 완전소결을 위해 최종 온도로 상승시키기 전에 예비소결 단계에서 잔류열가소성 바인더를 제거하는 수준을 포함한다.

이와같이, 본 발명은 미소결 성형체의 산화 또는 손상없이 성형된 미소결 성형체를 빨리 디바인드하고 종래의 소결로에서 성형체를 소결할 수 있는 방법을 제공한다. 그러므로, 상기 공정은 부품제작에 사용할 수 있는 금속들과 합금들의 선택폭을 넓히고, 또한, 이 공정은 디바인딩 시간을 2일에서 1-6시간으로 단축하고, 소결시간을 3일에서 8시간 또는 그 이하로 단축할 수 있다.

비등용매 또는 종래의 공업적 증기 탈지제에서 선택적으로 침출할 때에, 미소결 성형체가 용매의 활발한 작용에 의해 손상되는 것이 관찰되어 왔다. 그러나, 미소결 성형체를 용매의 비등점보다, 10℉-20℉ 낮은 온도의 액체용매에 부품을 담글수 있게 하고 주변온도에서 수행할 수 있을때 미소결 성형체에 주는 손상을 없앨 수 있다. 이와같은 관점에서 비등점 온도가 105℉인 메틸렌 클로라이드는 용매로서 유용한 것이다. 그러므로, 메틸렌 클로라이드는 본 발명에 따른 바람직한 용매이고 또한 이 공정에서 사용할 수 있는 비등점이 낮은 다른 용매로는 아세톤과 나프타가 있다.

본 발명의 미소결 성형체의 바인더는 비등점 이하로 유지하는 대부분의 종래 액체용매에서 예를들면 머얼젼(수칩)에 의하여 선택적으로 침출할 수 있다. 이 침출과정을 가속화하기 위하여 바인더의 저용융점 성분의 비등점은 용매의 비등점 보다 높거나 또는 그와 근사한 비등점을 갖는 것이 바람직하다. 환원하면, 액체 용매는 바인더 성분의 용융점보다 낮은 온도에서 유지되는 것이 바람직하다.

요구되는 용매 디바인딩 장치는 매우 간단하고, 정교하거나 또는 값이 비싸지 않으며 일반적으로는 적당한 수침탱크와 용제를 조절하거나 회수하는데 필요한 증류기가 요구된다.

여러가지 형태와 예를들면 0.020인치 내지 0.5인치 범위의 벽두께를 갖는 많은 미소결 성형체들이 이 기술에 의해 침출되고 그리고 소결된다. 부품 두께의 함수인 침출시간은 종래 기술의 방법이 2일 내지 수일간 필요한데 비하여 반시간 내지 6시간의 범위를 갖는다.

상기한 선택적 침출 과정은 부품에 산소가 첨가되지 않아서, 침출된 성형체는 불필요한 산화물이 없다.

본 발명의 소결 사이클은 산화환원 분위기가 필요없이 종래의 진공소결로에서 6시간 내지 8시간의 범위에서 행할 수 있다. 산화환원 필요성의 제거는 진공소결을 포함하는 다양한 소결방법을 사용할 수 있게 하고 처리할 수 있는 금속합금을 보다더 광범위하게 선택할 수가 있다. 예를들면, 진공소결을 이용하여 현재까지 생산한 니켈/철 합금의 탄소준위(carbon level)은 0.45%이었는데, 이것은 중탄소광으로 받아들여 진다. 그러나, 산화물이 없는 성형체는 탄소준위를 제어할 수 있고, 필요하면 소결로에서 흡열 또는 발열 분위기를 사용하는 공지된 소결 기술을 사용하여 금속합금과 소결공정의 광범위한 선택을 기할 수 있다.

더욱 구체적으로, 본 발명의 전형적인 소결사이클은 약 750℉로 온도를 높히고, 다음에 가스유출이 발생할때까지 그대로 유지한다. 그리고나서, 다시 온도를 수백도 올려서 약 950℉로 상승하고 가스가 유출하는 동안 그대로 유지한다. 소결로의 온도를 다시 수백도 올려서 약 1250℉로 상승시키고 가스가 제거되는 동안 그대로 유지한다. 최종 소결온도 즉, 약 2300℉로 올려서 최종 제품을 형성하는 소결이 완결된다. 본 발명의 공정에서, 바인더의 공용융점 성분이나 화학 침출과정후에 남은 모든 저용융점 성분은 최종 소결온도에 도달하기 전에 완전히 제거된다. 따라서, 최종소결온도에 도달한 부품은 실질적으로 바인더로부터 완전히 유리된다. 물론 상술한 특정온도 및 소요시간의 보정은 숙련된 기술인에 의해서 성취될 수 있고, 본 발명의 범위내에서 변경 할 수 있다.

본 발명을 더욱 상세히 설명하기 위하여, 금속 산화물의 형성 없이 바인더 혼합물의 하나 이상의 성분의 신속한 용매제거와 바인더 혼합물 성분의 적합한 선택으로 성형부품의 균열을 제거하는 기본원리를 실시예를들어 다음과 같이 기술한다.

[비교예]

표 1에 표시한 금속 분말과 바인더 물질의 배합물을 350℉ 온도에서 30분간 고전단 믹서에서 충분히 혼합하였다.

[표 1]

직경 0.376인치와 같이 3.0인치의 시험편을 성형하였다. 이 시험편을 메틸렌 클로라이드 속에서 4시간동안 선택적으로 침출하고 2300℉에서의 1시간을 포함하여 8시간 이었다.

더욱 구체적으로, 처음 소결로의 온도를 약 30분간에 걸쳐 750℉로 상승시키고 약 30분간 가스유출이 되도록 그 온도로 유지하였다. 다음 20분동안 소결로의 온도를 약 950℉로 상승시키고 약 20분간 가스가 유출하도록 유지하였다. 그 다음, 5분동안에 온도를 약 1200℉로 상승시키고, 약 15분간 가스가 유출되도록 하였다. 끝으로, 소결로의 온도를 약 20분간 약 2300℉로 상승시키고 완전소결을 위하여 1시간동안 유지하였다. 그리고 소결된 부품이 마지막 형상의 부품이 되도록 냉각시켰다.

선택적 침출후의 중량손실은 약 5.28%이었고, 이것은 왁스의 92%가 디바인딩 단계에서 제거된 것을 가리킨다. 소결후의 부품밀도는 대표적으로 7.56gr/㏄이었고, 이것은 이 합금의 가공밀도의 96%이다.

비교예에서 정형후의 시험편에 균열이 존재하는 것을 알았고, 이 균열은 바인더의 변성되지 않은 왁스성분의 큰 수축이 그 원인이다. 그러나, 본 발명에 따른 다음의 실시예에서는 냉각될때에 액체로 남거나 또는 반고체로 되는 저용융점 바인더 성분을 사용하므로서 균열이 제거되었다.

[실시예 1]

표 2에 표시한 금속분말과 바인더 물질의 배합물을 비교예와 동일한 방법으로 혼합하고 처리하였다.

[표 2]

선택적 침출후의 중량손실은 대표적으로 6.5%이었고, 이것은 용매 디바인딩 단계에서 오일의 98%가 제거되었다는 것을 가리킨다. 소결후의 부품밀도는 7.52gr/㏄이었다. 이들 견본들은 성형후에 모두 균열이 없었다.

[실시예 2]

표 3에 표시한 금속분말과 바인더 물질의 배합물을 비교예와 동일한 방법으로 혼합하고 처리하였다.

[표 3]

선택적 침출후의 중량 손실은 6.04%이었고, 이것은 오일과 왁스의 96%가 제거된 것을 가리킨다. 소결후의 부품밀도는 전형적으로 7.52gr/㏄이었다. 이들 견본들은 성형후에 모두 균열이 없었다.

[실시예 3]

표 4에 표시한 금속분말과 바인더 물질의 혼합물을 비교예와 동일한 방법으로 혼합하고 처리하였다.

[표 4]

선택적 침출후의 중량손실은 전형적으로 6.45%이었고, 이것은 디바인딩 단계에서 경화오일의 97.4%가 제거된 것을 가리킨다. 소결후의 부품 밀도는 7.54gr/㏄이었다. 이들 견본들은 성형후 모두 균열이 없었다.

이와같이, 상기 실시예들은 본 발명의 이용을 통하여 부품에 실질적으로 균열이 없는 결과를 가져오는 독자적이고 유리한 공정을 실시할 수 있다는 것이 명백히 증명하였다.

본 발명을 실시예와 함께 기술하였지만, 기술분야에서 숙련된 사람들에게 명백한 바와같이 변화와 수정이 가능하며 이러한 변화와 수정은 첨부한 청구항의 범위내에서 고려되어진다.

Claims (31)

1. 미립자 물질의 소결부품이 제조방법에 있어서, (i) 액체 슬러리 혼합물을 제조하기 위하여 소정량의 분말미립자 물질과 바인더를 혼합하고, 상기 바인더는 최소한 저용융점성분과 고용융점 성분의 다른 성분을 갖는 적어도 2성분으로 이루어지고 액체상으로 남는 저용융점 성분이 주위온도로 냉각되면 반고상 또는 비교적 연화되고, (ii) 상기 혼합물을 열과 압력하에서 주형에 사출하여서 요구하는 형상의 부품으로 미립자 물질과 바인더의 혼합물을 성형하여, 상기 혼합물을 고형화하고, (iii) 저용융점 성분을 선택적으로 용해하는 액체용매로 바인더의 저용융점 성분을 제거하고 최소한 용해하지 않는 바인더의 고용융점 성분을 남게하므로서 상기 부품을 다공성이고 균열이 없게하고, (iv) 최종 소결온도 이하의 온도로 가열하여 바인더의 고용융점 성분을 제거하므로서 실질적으로 바인더가 없는 부품을 제공하고, (v) 최종소결을 완료하기 위하여 바인더가 없는 부품을 최종 소결온도로 넣게하는 것들을 필수적인 구성으로 하는 미립자 물질의 소결한 부품의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 액체용매를 그 비등점 이하의 온도로 유지시키는 방법.
3. 제2항에 있어서, 액체용매를 바인더 성분의 용융점 이하의 온도로 유지하는 방법.
4. 제2항에 있어서, 액체용매를 바인더의 고용융점 성분의 용융점 이하의 온도로 유지하고 그러나 바인더의 저용융점 성분의 용융점보다 높은 온도로 유지하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 바인더의 고용융점 성분을 플라스틱 물질로 하는 방법.
6. 제5항에 있어서, 플라스틱 물질을 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌으로 하는 방법.
7. 제1항에 있어서, 바인더의 저용융점 성분이 기름으로 이루어지는 방법.
8. 제7항에 있어서, 저용융점 성분이 기름과 왁스의 혼합물로 이루어지는 방법.
9. 제8항에 있어서, 기름이 식물성유 또는 경화(hydrogenated) 식물성유로, 그리고 왁스가 파라핀 왁스 또는 가르나우바(carnauba) 왁스로 되는 방법.
10. 제8항에 있어서, 기름이 낙화생유로 되는 방법.
11. 제8항에 있어서, 기름과 왁스의 혼합물이 기름에 대한 왁스의 중량비가 약 99/1 내지 50/50의 범위를 갖는 방법.
12. 제7항에 있어서, 기름이 식물성유 또는 경화 식물성유로 되는 방법.
13. 제7항에 있어서, 기름이 낙화생유를 포함하는 방법.
14. 제1항에 있어서, 바인더의 고용융점 성분의 용융점이 저용융점 성분의 용융점보다 약 150℉ 높게 갖는 방법.
15. 제14항에 있어서, 고용융점성분이 약 300℉에서 약 400℉의 범위에서 용융점을 갖고 저용융점성분이 약 175℉의 범위에서 용융점을 갖게 하는 방법.
16. 제1항에 있어서, 고용융점성분이 약 700℉ 내지 1400℉ 범위내에서 가열에 의해 제거하는 방법.
17. 제1항에 있어서, 부품을 약 2시간 또는 이하의 시간동안 액체용매에 수침하는 방법.
18. 제1항에 있어서, 바인더의 고용융점 성분이 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌으로 이루어지고, 바인더의 저용융점 성분이 기름 또는 기름과 왁스의 혼합물로 이루어지는 방법.
19. 제18항에 있어서, 기름이 낙화생유 또는 경화 식용유로 되는 방법.
20. 제1항에 있어서, 분말 미립자 물질이 니켈/철 합금인 방법.
21. 제1항에 있어서, 분말 미립자 물질이 알루미늄을 포함하는 방법.
22. 제1항에 있어서, 액체용매가 메틸렌 클로라이드, 아세톤 또는 나프타인 방법.
23. 소결된 금속부품의 제조방법에 있어서, (i) 액체 슬러리 혼합물을 제조하기 위하여 소정량의 분말 미립자 물질과 바인더를 혼합하고, 상기 바인더는 최소한 저용융점 성분과 고용융점 성분의 다른 성분을 갖는 적어도 그 성분으로 이루어지고, 액체상으로 남는 저용융점 성분이 주위온도로 냉각되면 반고상 또는 비교적 연화되고, 기름 또는 기름과 왁스의 혼합물로 이루어지고, 고용융점 성분이 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌으로 이루어지고, (ii) 상기 혼합물을 열과 압력하에서 주형에 사출하여서 요구하는 형상의 부품으로 미립자 물질과 바인더의 혼합물을 성형하여, 상기 혼합물을 고형화 하고, (iii) 액체 용매속에서 부품을 담구어서 바인더의 저용융점 성분을 제거하고, 메틸렌 클로라이드, 아세톤 혹은 나프타로 이루어진 용매가 저용융점 성분을 선택적으로 용해하고 최소한 용해되지 않는 바인더의 고용융점 성분을 남게 하므로서 상기한 부품이 다공성이고 균열이 없도록 하고, (iv) 약 700℉ 내지 1400℉ 범위의 온도로 가열하여 바인더의 고용융점 성분을 제거하므로서 실질적으로 바인더가 없는 부품을 제공하고, (v) 최종 소결을 완료하기 위하여 바인더가 없는 부품을 최종소결 온도로 넣게하는 것들을 필수적인 구성으로 하는 소결한 금속부품의 제조방법.
24. 제23항에 있어서, 미립자 물질이 니켈/철 합금으로 이루어지는 방법.
25. 사출성형에 의해 성형부품이 만들어지고 다음에 소결한 부품이 생산되는 사출성형 가능한 공급재료가 금속물을 구성하는 무리로부터 선정된 소정량의 분말 미립자 물질과/또는 세라믹이 바인더와의 혼합물로 이루어지고, 상기 바인더가 다른 용융점을 가진 최소한 두성분으로 이루어지고, 적어도 저용융점 성분이 용매에 용해되는 기름을 함유하고 고용융점 성분이 플라스틱이고, 저용융점 성분이 액상인 성질을 갖고, 주위온도에서 반 고상 또는 비교적 연성으로된 공급재료.
26. 제25항에 있어서, 저용융점 바인더가 식물성 기름을 함유하고, 고용융점 바인더가 폴리에틸렌 그리고/또는 폴리프로필렌으로 이루어진 무리에서 선택된 사출성형이 가능한 공급재료.
27. 제26항에 있어서, 저용융점 바인더가 식물성 기름과 왁스의 혼합물인 사출성형이 가능한 공급재료.
28. 제27항에 있어서, 기름과 왁스의 중량비가 약 99/1 내지 50/50 범위에 있는 사출성형이 가능한 공급재료.
29. 제25항에 있어서, 바인더의 고용융점 성분의 용융점이 저용융점 성분의 용융점보다 적어도 약 150℉ 높은 용융점을 갖는 사출성형이 가능한 공급재료.
30. 제25항에 있어서, 분말 미립자 물질이 금속물인 사출성형이 가능한 공급재료.
31. 제30항에 있어서, 미립자 금속분말이 니켈/철 합금인 사출성형이 가능한 공급재료.