KR920003515B1 - 분말야금용 철을 베이스로 하는 분말 혼합물과 그 제조방법 - Google Patents

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Description

분말야금용 철을 베이스로 하는 분말 혼합물과 그 제조방법

제1도는 각 조건에 따라 혼합분을 제조했을때의 합금용 분말의 철분에 대한 부착상황을 나타내는 공정도.

제2a도는 본 발명의 철분말 입자표면에 합금용 분말이 고착된 혼합물의 EPMA 분석결과를 나타내는 사진.

제2a도는 그 모사도.

제3도는 제2도의 이차 전자상 사진.

제4a도는 종래의 혼합물의 전자현미경 사진.

제5도, 제6도는 합금용 분말이 부착되는 모식도.

제7도는 분진 카운트수를 나타내는 그래프.

제8도는 가열온도와 C 부착도 및 유동도를 나타내는 그래프.

제9도는 실시예 및 비교예의 치수변화와 C량간의 관계를 나타내는 그래프.

제10도는 C부착도와 표준편차와의 관계도.

제11도는 분진카운트 수를 나타내는 그래프.

제12도는 실시예의 절출양과 P의 관계를 나타내는 그래프.

제13도는 실시예의 절출양과 Si와의 관계를 나타내는 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 철계분말 2 : 동분말

3 : 측연분 4 : 고용융물 결합제

5 : 스테아린산 아연분말 5 : 스테아린산 아연분말

6 : 올레인산 박막

본 발명은 편석(偏析) 및 미세한 먼지발생이 적고 유동성이 우수한 분말 야금용철을 베이스로 하는 분말 혼합물과 그 제조방법, 특히 분말입자 사이에 비교적 비중차가 큰 한종류 또는 여러 종류의 합금용 분말을 포함한 분말 혼합물의 편석과 먼지발생을 방지한 혼합물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래 분말야금용철을 베이스로 하는 분말혼합물은 철분에 동분, 흑연분 및 또는 인산철분등의 합금원료분 및 스테아린산 아연등의 윤활제를 혼합하는 혼합법에 의해서 제조되는 것이 일반적인 것이다.

그러나 혼합법으로 제조한 분말혼합물의 다음과 같은 결점을 가지고 있다.

먼저 혼합법으로 제조한 분말혼합물은 다음과 같은 결점을 가지고 있다.

편석에 대해서 말하면 분말혼합물은 크기, 형상 및 밀도가 다른 분말을 포함하기 때문에 혼합후의 수송, 호퍼로의 주입, 털어내기, 또는 성형처리때 쉽게 편석이 생겨버린다.

예를들면, 철계분말과 흑연분과의 혼합물은 트럭으로 수송하는 중에 진동에 의해서 수송용기속에서 편석이 일어나 흑연분이 떠오른다는 것은 잘 알려져 있다.

또 호포에서 배출될때, 배출의초기, 중기, 종기에서 각각 흑연분의 농도가 다르다는 것도 잘 알려져 있다.

이런 편석은 분말야금제품의 조성의 분산을 일으키고 치수변화 및 강도의 분산을 증가시켜 불량품 발생의 원인이 된다.

게다가 흑연분은 먼지발생도 커서 노동위생상에도 문제가 있다.

또 흑연분등은 비분말이기 때문에 혼합물의 비표면적을 증대시키고, 그 결과 유동성이 저하된다.

이러한 유동성의 저하는 성형용금형에 대한 충전속도를 저하시키기 때문에 압분체의 생산속도를 저하시켜 버린다는 결점도 있다.

상기의 편석이나 먼지발행의 문제는 철계분말과 합금용분말을 어떤 방법으로 부착시키는가에 따라 원리적으로 해결할 수 있다.

종래에 있어서는 적절한 결합제의 선택에 의한 방법(예를들면 일본 특공소 58-28321호 또는 일본 특개소 56-136901호, 일본 특표소 60-502158호) 또는 혼합방법의 개선(일본 특공소 53-16796호)등의 제안이 있다.

이들의 방법에서는 분말혼합물의 유동성, 외관밀도, 압축성, 압분체강도를 고려해서 결합체의 첨가량이 제한되어 있고, 철계분말과 합금용분말의 결합효과가 충분히 크게 될때까지 결합제의 첨가량을 증가시키면 분말혼합물의 유동성은 보통의 혼합법에서의 분말혼합물보다도 저하된다.

그러므로 철계분말과 합금용분말의 결합효과가 충분히 크고 또 유동성이 우수한 분말혼합물을 얻기가 힘들다.

게다가 철계분말과 합금용분말의 결합은 결합제를 0.3중량%이하로만 사용해야 이루어지므로 결합되는 합금용분말의 첨가량 및 입자치수가 제약을 받는다는 문제가 있다.

이러한 기술은 유동성 저하의 문제에 대해서도 충분한 해결책이 없어서 결합제를 선택할때 조금이라도 유동성이 향상되는 것을 선택한다는 소극적인 대책밖에는 없는 실정이다.

또 후자에 있어서는 분말의 각 입자를 미세하게 분할, 또는 파쇄시키기 때문에 압분체의 성형성을 해친다는 문제점을 남기고 있다.

한편, 본 발명자들은 일본 특원소 62-39079에 있어서 편석을 방지하며 유동성도 우수한 분말야금용철을 베이스로 하는 분말혼합물을 제안하고 있다.

이 방법은 편석방지와 유동성향상에 현저한 효과가 있었지만 편석방지의 정도가 높아지면 압분밀도가 저하되어 성형압력의 상승에 의한 금형수명이 크게 저하된다는 점에 개선의 여지가 있었다.

이상과 같이, 종래에는 본체특성, 압분체특성을 해치지 않고 편석도 적고 또 유동성도 우수해서 먼지발생의 억제를 기대할 수 있는 분말야금용철을 베이스로 하는 분말혼합물이 없는 실정이었다.

본 발명은 종래의 혼합법과 같은 압분체특성을 유지하며 편석과 먼지발생이 적고, 또 유동성을 적극적으로 개선시킨 분말야금용철을 베이스로 하는 분말 혼합물을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

또 본 발명은 상기의 우수한 특성을 가지는 분말야금용철을 베이스로하는 분말혼합물을 쉽게 제조하는 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 편석과 먼지발생이 적고 또 유동성이 우수한 분말야금용철을 베이스로하는 분말혼합물에 대해서 연구를 거듭한 결과 오일과 금속비누 또는 왁스분말을 균일하게 혼합한후에 더 혼합하며 가열처리함으로써 종래의 결점을 극복한 분말야금용철을 베이스로하는 분말혼합물을 제공하는 것이 가능하다는 결론에 도달했다.

본 발명은 철계분말과 합금용분말의 혼합물이고, 혼합물중의 100-200메시잔류중의 적어도 한가지 이상의 합금원소량과 이 혼합물전체중의 당해합금 원소량과의 비율(합금원소분말의 부착도)이 65%이상인 것을 특징으로 하는 분말야금용철을 베이스로 하는 분말혼합물이다.

또 합금원소가 C의 경우의 혼합물중의 100-200메시잔류분중의 합금원소량과 이 혼합물전체중의 당해합금원소량과의 비율(합금원소분말의 부착도)은 하기 (1),(2)식의 C부착도로 정의한다.

또, 철계분말과 합금용분말 및 또는 절삭성 개선용 분말과의 혼합물이고, 당해혼합물의 100-200메시잔류분중에 존재하는 각 합금원소량 및 Si량과 이혼합물전체중에 존재하는 당해 각 합금원소량 및 Si량과의 각각의 비율(합금원소분말 및 절삭성개선용 분말의 부착도)이 65%이상인 것을 특징으로 하는 분말야금용철을 베이스로 하는 분말 혼합물이다.

또, 상기 혼합물은 JIS Z 2502-1979(일본공업규격 Z 2502,1979년판)에서 규정한 유동도가 동일종류와 양의 윤활제를 사용한 동일분말로 구성되는 단순한 혼합물의 경우의 유동도에 비해서 5초/50g이상 작은 분말야금용철을 베이스로 하는 분말혼합물이다.

또 이 혼합물은 합금용분말에 그래파이트를 포함하는 경우에 특히 현저해지므로 측정시간 240초 이내의 적산 먼지발생량이 300카운트수 이하의 혼합물을 포함한다.

게다가 이 혼합물을 금형으로 5t/㎠의 압력으로 성형했을때의 압분체의 밀도가 동일종류와 양의 윤활제를 사용한 동일분말로 구성되는 단순한 혼합물의 경우의 밀도에 비해서 0.04g/㎠를 초과하여 저하되지 않는다는 특성을 가지고 있다.

또, 본 발명은 철계분말입자표면에 오일과 금속비누 또는 왁스분말과의 중량비가 0.1-0.4이고 이 경우에 오일이 올레인산, 금속비누가 스테아린산 아연이라면 아주 바람직하다.

이상과 같은 분말야금용철을 베이스로 하는 분말혼합물은 다음의 방법으로 제조될 수 있다.

(1) 철계분말에 한종류이상의 합금용의 분말 및 금속 비누 또는 왁스분말을 혼합한다.

(2) 다음에 오일을 가해서 균일하게 혼합을 한다.

(3) 상기 (2)의 혼합공정중 또는 혼합후에 90-150℃까지 가열한다.

(4) 다음에 혼합하면서 85℃이하까지 냉각한다.

이렇게 해서 얻은 혼합물은 편석 및 발진을 일으키지 않고 유동성도 우수하고, 압분밀도의 저하도 없고 윤활성도 가지고 있다.

본 발명에 있어서 합금용분말이라고 하면 흑연부, 인산철분말, Ni 분말, Fe-Ni 합금분말, 동분말, 동합금분말등을 들 수 있고, 합금원소란 이들에 대응하는 C.P.Ni.Cu.Sn등을 한다.

또 절삭성 개선용 분말이라고 하면 포오스테라이트, 활석등, 합금화는 되지 않지만 소결체의 절삭성을 개선시키는 분말이다.

본 발명에 있어서 윤활제라고 하면 스테아린산아연등의 금속비누 또는 왁스분말등의 일반적으로 사용하는 분말야금용 윤활제를 말하고, 오일은 식물유, 광물유, 지방유이고 예를들명 쌀겨우, 스핀들유, 올레인유등이 있다.

본 발명에서는 분체특성이나 압분체특성을 해치지 않고 종래 일반적으로 사용하는 금속비누 또는 왁스분말과 오일과의 공용융물을 철계분말과 합금용 분말과의 결합제로 한다.

따라서 열가소성 수지나 도오르유등의 단체를 결합제로서 첨가하는 종래의 방법과 비교해서 결합제의 첨가량이 2배이상이 되어도 혼합물의 분체특성이나 압분체특성을 해치지 않는다.

또 철계분말입자표면에 대한 합금용분말의 부착은 전술한 종래의 방법으로는 입자 접촉면중 일부분에만 부착하고 있을뿐이고, 부착이 불안정하다.

이것에 대해서 본 발명의 분말혼합물에서는 결합제량이 종래에 비해서 2배이상으로 합금용분말의 전체를 결합제가 덮어 철계분말입자의 표면에 합금용분말을 안정적으로 고착시킴으로써 편석방지 처리를 하고 있다.

본 발명은 흑연분(C), 인산철분(P) 또는 기타 첨가물, 예를들면 소결체의 피삭성을 개선시키는 포오스테라이트분말등, 편석을 방지하고 먼지발생을 억제하기 위해 철계분말에 이들의 합금용 분말과 오일과 금속비누 또는 왁스분말의 공용융물결합제를 생성시킴으로써 C등의 합금용분말을 철계 분말입자의 표면에 고착시킨 혼합물을 제공한다.

이렇게 해서 얻은 본 발명의 분말약금용철을 베이스로 하는 분말혼합물은 합금용분말의 편석을 일으키지 않는다.

제1도에 흑연분을 예로써 합금용분말의 철계분말에 대한 부착상황을 조사한 결과를 나타낸다.

제1도(a)는 평균입경이 78㎛인 원자화철분(Fe)에 평균입경이 16㎛이고 모두 200메시이하인 흑연분말(Gr) 1중량%와 스테아린산아연(ZnSt) 1중량%를 첨가해서 예비혼합을 한후 오일로서 시판되는 올레인산 0.25중량%를 첨가, 균일하게 혼합한후 110℃와 130℃로 15분 동안 혼합하면서 가열하고, 그후 혼합하면서 85℃이하로 냉각을 한 것이다.

제1도(a)는 가열단계전의 상태를 나타낸다.

더 나아가 올레인산, 스테아린산아연 및 가열로 인산 각각의 효과를 보기 위해 제1도(b)에 올레인산을 첨가하지 않고 가열혼합을 한 경우를 나타내었다.

또 제1도(c)는 스테아린산아연을 첨가하지 않고 올레인산만을 첨가해서 가열혼합한 실험을 나타낸다.

제1도중의 C 부착도는 혼합물중의 100-200메시잔류분중의 C량의 혼합물 전체중의 C량에 대한 비율이고 다음식으로 정의했다.

즉, 철계분말 표면에 부착되지 않은 흑연분은 200메시의 그물코를 통과하는 것으로 전술한 처리를 한 분말을 로오탑으로 100-200메시에 통과시켜, 그 분말(잔류분)중의 C분석치와 전체의 C 분석치와의 비율을 C 부착도로 했다.

또 상기(1) 식(또는 (2)식)에 의한 C 부착도는 합금분말편석의 간편한 방법으로 쓰고 있고, 후에 말하는 것과 같이 먼지발생시험이나 2단 호퍼 절출에 의한 편석시험에 있어서도 합금분말이 편석과 상관관계가 있다는 것을 확인했다.

또, 유동도는 JIS Z 2502-1979 금속분의 유동도 시험방법에 따라서 측정했다.

제1도로부터 다음과 같은 것을 알 수 있다.

올레인산과 스테아린산아연을 첨가해서 가열하지 않은채 단순한 결합만으로는 C 부착도는 거의 향상되지 않고 유동성도 개선되지 않았다.

또 스테아린산아연을 첨가하지 않고 올레인산만을 첨가해서 가열한 경우는 C 부착도와 유용성은 처리전과 마찬가지이다.

한편, 올레인산을 첨가하지 않고 스테아린산아연만을 첨가해서 110℃ 또는 스테아린산아연의 융점인 120℃를 넘는 130℃로 가열한 경우의 C 부착도는 30%이하로 편석방지는 불충분하지만 유동성은 현저하게 개선될 수 있었다.

이 결과로부터 C 부착도를 높이고 먼지발생을 방지하여 유동성도 개선시키기 위해서는 올레인산등의 오일과 스테아린산아연등의 윤활유가 함께 가열되는 것이 필수조건이라는 새로운 사실을 알아냈다.

제7도는 이 실험에서 제조된 혼합물 160g을 밀폐용기중에 높이가 50㎝의 위치에서 낙하시키고, 그때의 먼지발생량을 디지탈 분진 측정장치(산란광식, 시비따 과학기계공업(주) 제품 P-3형)로 측정한 값을 나타낸다.

올레인산을 첨가혼합하는 것만으로는 먼지발생을 방지할 수 없고, 그후에 가열을 함으로써 처음으로 먼지 발생을 방지할 수가 있어서 C부착도와 밀접한 상관관계가 있다는 것이 실증되었다.

공업적으로 시판되고 있는 올레인산은 우지, 올리브유, 쌀겨유 또는 동식물 지방산을 분해한후 고체지방산을 제거해서 증류함으로써 얻을 수 있고, 중앙에 불포화결합을 가지고 있는 엷은 노랑색의 액체로, 정제도가 높아질수록 투명해진다.

그 화학식은 CH₃(CH₂)₇CH=CH(CH₂)₇COOH이다.

본 발명자들의 연구에 의하면 가열하는 것이 C 부착도를 높이는 필수조건이다.

올레인산은 가열에 의해 2중결합이 없어지고, 그때 점결력이 증가해서 C 부착도가 높아졌다고 생각할 수 있다.

한편, 융점 120℃의 스테아린산아연 1중량%과 올레인산 0.25중량%의 비율로 혼합된 분말은 융점이 104℃까지 저하되는 것을 알아냈다.

올레인산을 첨가하지 않고 스테아린산아연만으로 융점을 넘는 130℃로 가열혼합한 경우의 C 부착도는 29.9%이고 올레인산과 스테아린산아연을 첨가하고, 110℃로 가열한 경우의 C 부착도는 80%이상이었다.

이 사실로부터 올레인산의 점결력만으로 부착이 불안정한 철계분말과 흑연분말의 혼합물이 가열에 의해서 올레인산과 스테아린산아연의 상승효과에 의한 공용융물로 되는 결합체로 코우팅되고, 냉각에 의해서 부착이 더욱 강하게 된 것이라고 생각할 수 있다.

이 올레인산과 윤활유의 공용융물의 코우팅층은 철계분말과 합금용분말과의 부착을 더 강화시킬 뿐만 아니라 혼합물의 유동성을 증진시키는 효과가 있다.

제2도(a)(사진)은 본 발명에 따라 올레인산과 스테아린산아연의 공용융물 결합제에 의해서 철분말입자 표면에 합금용분말을 고착시킨 혼합물의 EPMA(X선 마이크로 아날라이자) 이차전자상을 나타낸다.

제2도(b)는 그 모사도이고, 제4도(a)(사진)는 비교예로서 가열하지 않고 올레인산의 결합력만으로 합이 16㎛인 흑연분말 1중량%, 스테아린산아연 1중량%를 첨가하고 예비혼합을 한후 올레인산 0.19중량%를 균일하게 첨가혼합한후 샘플링한 것이다.

이것을 110℃로 가열혼합하고 올레인산과 스테아린산아연의 공용융물 결합제를 생성시켜서 제2도의 본 발명 혼합물을 얻었다.

제3도는 제2도의 특성 X선상이고 제3도(a),(b),(c),(d)에 각각 각성분 Fe, C, Cu, Zn의 부존상태를 나타내고 있다.

제2도(a) 및 (b)로부터 본 발명의 혼합물은 철계분말(1)의 입자의 구덩이에 흑연부(3)과 동분말(2)이 존재하고, 비교적 크기가 작은 비늘상의 흑연분(3)은 올레인산과 스테아린산아연의 공용융물 결합제(4)로 완전히 덮여서 고착되어 있는 것을 분명히 알 수 있다.

비교적 크기가 큰 바늘상의 동분말(2)은 구덩이에 들어가 있는 부분은 결합제(4)로 고착되어 있다.

이렇게 올레인산과 스테아린산아연의 공용융물 결합제(4)로 단단하게 고착된 흑연분(3)과 동분말(2)은 압축성형될때까지 취급시에 있어서 편석이나 먼지발생을 일으키지 않는다.

한편 제4도(사진)에 나타낸 비교예는 비중이 큰 동분말은 철분입자 표면에 부착되어 있지 않고 흑연분(3)과 스테아린산아연분말(5)이 올레인산의 결합력만에 의한 점접촉으로 불안정한 상태로 철분자입자표면에 부착되어 있다.

이렇게 불안정한 상태로 부착되어 있는 흑연분은 압축성형될때까지의 취급에 의한 진동으로 편석이나 먼지발생을 일으키기가 쉽다.

제5도는 본 발명의 철계분말(1)의 입자표면에 대한 합금용 분말(2),(3)의 부착기구를 모식적으로 나타낸것이다.

본 발명에서는 제5도에 나타낸 것처럼 철계분말(1)의 표면에 공용물결합제(4)로 덮여 있는 흑연부(3), 동분말(2)등이 아주 강하게 결합되어 있다.

제6도는 비교예의 부착기구를 모식적으로 나타내는 것이다.

종래의 비교예에서는 흑연분(3)이나 스테아린산아연분말(5)은 올레인산박막(6)을 통해서 철계분말입자(1)의 표면에 부착되어 있을 뿐이다.

본 발명과 지금까지 공표되어 있는 일본 특공소 58-28321, 일본 특개서 56-136901, 일본 특표소 60-502185와의 다른 점은 결합제의 종류와 양에만 제한되는 것이 아니라 철분말 입자표면에 대한 합금용분말의 부착기구가 다르다.

즉, 본 발명에서는 제5도와 같이 합금용분말이 공용융물결합체에 가라앉아서 철계분말입자에 확실하게 고착되어 있는 것에 대해서 지금까지 공표되어 있는 방법으로는 올레인산등의 점결력만으로 합금분말이 철분말입자표면에 점접촉으로 부착되어 있기 때문에 그 결합력은 약하고, 불안정하며, 얻은 혼합물의 편석이나 먼지발생방지의 효과도 작다.

본 발명의 효과는 결합제로서 오일과 금속비누 또는 왁스분말과의 공용융물 결합제를 사용함으로써 처음으로 달성할 수 있다.

또 얻은 혼합물의 편석도와 유동성 및 압분밀도는 공용융물결합제를 구성하는 오일과 금속비누 또는 왁스분말과의 중량비 및 공용융물결합제 총량과 밀접한 관계가 있다.

이하 본 발명의 한정이유에 대해서 설명한다.

공용융물결합제를 구성하는 오일과 금속비누 또는 왁스 분말량의 중량비는 첨가한 함금용분말의 편석도와 혼합물의 유동성에 밀접한 영향을 미친다.

표 1에는 평균입경이 78㎛인 원자화철분에 편균입경이 28㎛로 200메이이하가 93%이상인 전해동분 2중량%와 평균입경이 16㎛로 모두 200메시이하인 흑연분 1중량%를 배합한 조성을 기본으로 올레인산과 스테아린산아연의 중량비를 변화시킨 공용융물결합제에 의한 흑연분말의 철계분말의 철계분말에 대한 부착상황, 유동도 및 압분밀도를 조사한 결과를 나타내었다.

또 비교를 위해 올레인산을 첨가하지 않고 스테아린산아연만을 용융한 예(비교예 1)와 결합제로서 가열하지 않고 올레인산 첨가혼합만한 예(비교예 6,7)도 나타내었다.

[표 1]

표 1로부터 다음과 같은 것을 알수 있다.

올레인산을 첨가하지 않고 스테아린산아연만으로 이루어진 용융결합제로는 C 부착도가 30%이므로 편석 방지효과가 불충분하다.

또 올레인산을 가열하지 않고 0.15% 및 0.30중량% 첨가한 것은 C 부착도가 60% 이하이므로 편석 방지효과가 약하다. 0.3중량% 첨가한 것은 C 부착도가 향상되지만 혼합물은 유동하지 않고 압분밀도의 저하도 커서 분말야금용 혼합물로서는 부적당한 것이다.

이에 대해서 본 발명에서는 C 부착도에 대해서 올레인산과 스테아린산아연의 상승효과를 볼수 있다. 올레인산과 스테아린산아연의 공용융물결합제의 비율은 0.1 이상이고 또한 공용융물결합제양이 0.60중량%이상일때 C 부착도가 65% 이상이 되어서 편석방지효과는 크다. 공용융물결합제를 구성하는 올레인산과 윤활제와의 비율이 0.4를 넘으면 유동성을 해치므로 바람직하지 않다.

또 공용융물결합제양이 1.5중량%를 넘으면 압분밀도가 저하되므로 바람직하지 않다. C는 소결체의 강도를 증가시키는데 있어서 가장 값이 싸고 대표적인 합금용원소이지만 3.5%를 넘으면 과잉의 C가 석출되므로 바람직하지 않다.

본 발명은 합금분말은 철계분말입자 표면에 고착시키고 편석과 먼지발생을 방지하는 것이고, 발명자들의 실험에 의하면 압축성형될때까지의 취급에 있어서 합금용분말이 편석을 일으키지 않는 C 부착도는 65% 이상이고 그 이하로는 편석방지의 효과가 약하다.

또 분말혼합물을 취급하는데 있어서 특히 흑연분량이 많은 경우에는 먼지 발생에 의한 흑연부늬 손실과 작업자의 건강관리상의 양면에서 문제가 있다.

이 문제를 피할 수 있는 분말야금용분말혼합물의 먼지발생량은 혼합물 160g을 밀폐용기속에서 높이 50㎝의 위치에서 낙하시키고, 그때의 먼지발생량을 디지탈 분진측정장치로 측정했을때의 값이 300CPM 이하이고, 300CPM을 넘으면 먼지발생 방지의 효과가 약하다.

다음에 본 발명에 사용하는 혼합기는 가열혼합할 수 있는 공지의 분말혼합물의 제조에 사용하는 더블큰형의 혼합기나 V형혼합기 또는 나우터 믹서등을 사용할 수 있다.

또 가열원으로서는 혼합한후, 다음에 스테아린산아연 또는 왁스분말은 첨가혼합하며, 다음에 오일을 혼합하고 스프레이분무를 해서 더 혼합한다.

이렇게 해서 균일한 혼합물을 얻는다. 균일한 혼합물을 얻기전의 공정에 있어서 가열온도는 85℃ 이하로 제한을 하는 것이 중요하다. 균일혼합전에 85℃ 이상으로 가열하면 혼합물전체가 점성을 띠게되어 불균일하게 고정되므로 얻어진 최종혼합물은 편석이 일어나게 된다.

본 발명에 의한 분말혼합물의 제조방법에 있어서 가열온도와 냉각온도는 큰 의미를 가진다.

이하, 그 제한이유에 대해서 설명한다.

가열온도는 90℃-150℃.

본 발명에 의하면 합금용분말이 철계분말표면에 부착되는 온도는 올레인산과 스테아린산아연의 공융점인 104℃ 이전부터 시작하고, 그 효과가 나타나는 온도는 90℃이다.

한편 가열온도가 150℃를 넘으면 스테아린산아연의 증기가 발생하므로 현실적으로는 150℃가 상한이다.

그러나 합금분말의 부착도와 얻어진 혼합물의 특성 및 제조비용상 가열온도는 110-130℃가 바람직하다.

또 혼합시간에 따라 C 부착도의 차이는 없고, 공용융물결합제가 생성되어 균일화되는데 필요한 시간은 10분 내지 수 10분이다.

다음에 혼합냉각은 85℃ 이하로 한다.

90℃ 이상으로 가열된 분말혼합물은 점성을 가지고 있고, 그것때문에 정지상태로 냉각하면 분말은 가벼운 응고상태가 된다. 그래서 응고를 방지하기 위해 혼합과정에 있어서 냉각할 필요가 있고, 응고하지 않은 온도는 85℃이므로 냉각온도의 상한응ㄹ 85℃로 했다. 오일은 식물유, 광물유 또는 지방등 합금용분말의 편석방지에 효과가 있는 것이면 가능하고, 쌀겨유, 스핀들유, 올레인산등을 사용할 수 있다.

오일의 첨가량에 대해서는 혼합물의 특성을 저해하지 않는 범위로 후공정의 유지분제거시에 쉽게 제거될수 있는 범위내에서 첨가하면 된다.

또 오일의 첨가는 분말입자에 대한 결합제의 균일분산이란 관점에서 스프레이에 의한 첨가가 바람직하다.

윤활제로서는 스테아린산아연등의 금속비누 또는 왁스분말등 일반적인 분말야금용윤활제를 사용할 수 있다. 첨가량은 보통의 분말야금용혼합물과 같은 정도로 첨가하면 되지만 혼합물의 C 부착도, 압분밀도등의 특성에 따라 오일과 윤활제의 공용융물결합제로서 0.60-1.5중량% 첨가하는 것이 바람직하다.

필요에 따라 본 발명의 혼합물을 제조한후에 적절히 조정하여 첨가해도 된다. 합금용분말로서는 흑연분, 인산철분말, 실리콘철분말, Ni 분말, Cu 분말을 쓸수 있다.

합금용분말과 다른것이지만 절삭성 개선용분말로서는 활석, 포로스테라이트 분말등 일반적으로 혼분법에서 합금원소첨가시 사용하는 분말을 사용할 수가 있다. 합금용분말 또는 절삭개선용분말은 어느것도 200메시 이하가 90% 이상인 것이 적절하고 더 바람직하기로는 모두 44㎛ 이하인 것이 더욱 효과적이다.

이들 합금분말중에서 철계분말과의 비중차가 커서 편석을 쉽게 일으키고, 더 나아가 편석을 일으킴에 따라 소결체의 특성에 크게 영향을 미치는 분말로서는 흑연분, 인산철분말, 포오스데라이트분말등을 들수 있다.

흑연분은 분말야금법에 의한 기계부품의 제조에 있어서 가장 일반적으로 널리 사용되고 있는 불가결한 합금용분말이다. 게다가 철계분말에 C로서 예비합금화하면 고용경화가 커서 압축성의 저하를 일으키므로 흑연분으로서 혼분법에 의해서 첨가한다. 그러나 흑연분은 편석을 쉽게 일으키고, 소결기계부품의 치수변화의 분산을 증가시켜 제품생산성을 저하시킨다.

한편 분말야금법에 있어서 인산철분말을 사용하는 예는 액상발생에 의한 치밀화를 목적으로서 흑연분과 병용하는 것이 일반적이다. 소결기계부품의 제품안정성면에서 균일한 액상발생이 바람직하고 이런 관점에서 인산철 분말의 편석은 피해야 한다. 황석이나 포오스테라이트는 소결체의 절삭성을 개선시키지만 철계분말과의 비중차가 커서 편석을 쉽게 일으키는 분말이다. 안정한 절삭성을 안정하게 유지하기 위해서 활석이나 포오스테라이트의 편석은 피해야 된다.

이들 3종류의 분말에 대해서 본 발명에 의한 실험을 실시한 결과 모두 편석을 방지할 수가 있어서 본 발명의 효과를 증대시킨다는 것을 실증했다.

물론 이러한 분말이외에 비교적 편석을 일으키기가 어려운 분말, 예를들면 Cu 분말, Ni 분말, 실리콘철분말 또는 청동분말등, 그밖에 많은 분말을 사용하여 본 발명을 적용한 경우에도 상기의 효과를 얻을 수 있다.

이하 실시예에 따라서 본 발명을 상세하게 설명한다.

[실시예 1]

평균입경이 78㎛인 분말야금용의 원자화철분에 평균입경이 16㎛이고, 모두 200메시 이하인 천연흑연분 1중량%와 스테아린산아연 1중량%를 첨가 혼합한후 각각, 쌀겨우, 스핀들유, 올레인산오일을 각각 0.30중량% 균일하게 혼합한후 증기로 110℃로 혼합가열한 다음 85℃ 이하로 냉각하여 철분입자 표면에 흑연분을 각각의 오일과 스테아린산아연의 공용융물결합제에 의해서 고착시킨 분말혼합물을 제조했다(실시예(7)(8)(9)).

혼합물에 대해서 C 부착도 및 분말의 유동성을 조사했다. 또, 비교예로서 오일을 첨가하지 않은 통상혼분법도 실시했다(비교예 8). 그 결과를 표 2에 나타냈다.

이 결과로부터 철게분말과 합금용분말과의 결합효과를 나타내는 C 부착도는 어떠한 오일과 스테아린산아연과의 공용융물결합제라도 통상혼분법에 비해 현저하게 향상되며 흑연분의 편석방지의 효과도 크다.

한편 유동성의 경우는 올레인산만 자연스럽게 유동시키며, 기타의 오일은 유동성을 개선시키지 않는다.

이 결과로부터 C 부착도와 유용성을 모두 만족시키는 결합제로서 올레인산과 스테아린산아연의 공용융물결합제가 바람직하다는 것이 밝혀졌다.

[표 2]

[실시예 2]

평균 입경이 78㎛인 분말야금용 원자화철분에 평균입경이 16㎛인 철연흑연분 1중량%를 첨가혼합하고, 스테아린산아연 1중량%를 첨가혼합한후, 올레인산을 0.25중량% 스프레이분무해서 충분하게 균일혼합한후, 각각 80℃,90℃,100℃,110℃,120℃,130℃,140℃,150℃로 각각 15분 및 30분동안 혼합하면서 가열한후, 85℃까지 혼합하면서 냉각해서 올레인산과 스테아린산아연의 공용융물결합제로 흑연분을 철분자입자표면에 고착시킨 분말혼합물을 제조했다.

혼합물에 대해 철분말과 합금분말의 C 부착도 및 분말의 유동성을 분석했다. 그 결과를 제8도에 나타냈다.

이 결과로부터 철계분말과 합금화용 분말과의 결합효과를 얻을 수 있는 온도는 90℃ 이상이지만 유동성 및 제조비용상 가열 온도는 110℃-130℃가 바람직하다. 가열시간은 가열혼합시에 철계분말과 합금화용 분말이 충분히 균일하게 혼합될 수 있는 시간으로 한다. 보통은 10수분 내지 수 10분이며 불필요하게 길게 할 필요는 없다.

[실시예 3]

시판되고 있는 공업용 올레인산은 유지, 올리브유, 쌀겨유 또는 동식물 지방산을 원료로 하여 제조되고 있기 때문에 반드시 불순물이 혼입되어 있다.

그러므로 올레인산의 순도가 C 부착도 및 유동성에 미치는 영향을 조사했다. 평균입경이 78㎛인 분말야금용의 원자화철분에 평균입경이 16㎛인 철연흑연분을 1중량% 첨가혼합한후, 거기에 스테아린산아연을 1중량% 첨가혼합하고, 순도가 다른 3종류의 올레인산을 각각 0.25중량% 스프레이분무해서 충분히 균일하게 혼합하고, 110℃로 가열혼합한후, 85℃까지 혼합하면서 냉각해서 순도가 다른 올레인산과 스테아린산아연의 공용융물결합에 의해서 흑연분을 철분입자표면에 고착시킨 분말혼합물을 제조했다.

이 혼합물에 대해 철계분말과 합금용분말과의 C 부착도 및 분말의 유동성을 분석했다(표 3 참조).

그 결과 어떠한 순도의 올레인산으로도 철계분말과 흑연분말의 결합효과는 충분히 나타나고 또 유동성도 충분히 만족시키므로 공업적으로는 비용면에서 값싼 저순도의 올레인산으로도 충분하다.

[실시예 4]

평균입경이 78㎛인 분말야금용의 원자화철분에 평균입경이 28㎛이고 200메쉬 이하가 93%인 전해동분 2중량%와 평균입경이 16㎛이고 모두가 200메시 이하인 철연흑연분 1중량%를 혼합해서 올레인산과 스테아린산아연의 중량비를 변화시킨 공용융물결합제에 의해서 C 부착도 43%(비교예 9), 68%(실시예 11) 및 87%(실시예 10)의 분말혼합물을 제조했다.

또, 비교를 위해 동일조성의 통상혼합분(C 부착도 22%)(비교예 10)을 준비햇다. 혼합물에 대해 분체특성과 성형압력 5t/㎠에 의한 압분체를 조사했다. 조사결과를 표 4에 나타냈다.

또, 철계분말과 합금용분말과의 결합상태 및 편석도를 조사하기 위해 낙차 80㎝의 2단 호포에서 낙하시켜서 일정간격으로 샘플링한 혼합물을 성형압력 5t/㎠ 두께 10mm, 나비 10mm, 길이 55mm의 시험편으로 성형해서 1130℃에서 20분동안 RX 가스중에 소결한후 C를 분석하고 치수변화를 측정했다. 측정결과의 분사상태를 제9도에 나타내고, 그 표준편차를 제10도에 나타냈다.

또 먼지발생상태를 정량적으로 측정하기 위해 샘플 160g을 밀폐용기속에서 50㎝의 위치에서 낙하시켜서 디지탈분진 측정장치로 측정했다(제11도 참조).

제9도에 있어서 비교예 10(통상혼분, C 부착도 22%)은 호퍼에서의 절출후기이고 흑연분이 농화해서 소결체의 C량이 높아짐과 동시에 치수변화의 분산도 크게된다.

비교예 9(C 부착도 43%)에서는 분산은 작아지지만 아직 최종절출시의 흑연분증가가 나타나고 C량도 증가하는 경향이 있다.

실시예 10(C 부착도 87%)과 실시예 11(C 부착도 68%)에서는 이 경향이 완전히 없어지고 치수변화도 아주 안정한 상태이다.

제10도에 나타낸 것과 같이 비교예 9 및 10에 비해서 실시예 10,11의 표준편차는 아주 낮은 값을 나타내므로 흑연분의 편석방지가 부품의 치수안정성 향상과 큰관련이 있다는 것을 실증하고 있다.

제11도의 먼지발생시험에 있어서도 실시예 10,11에서는 먼지발생이 거의 없었는데 비해 비교예 9 및 10에서는 먼지발생량이 210초 경과후, 1000 카운트를 넘어, 본 발명은 노동환경의 개선에도 아주 효과가 있다는 것이 밝혀졌다.

또, 표 4에서 알수 있듯이 실시예 10,11에서는 비교예 10에 비해서 외관밀도가 0.16g/㎠ 이상 높아지고 또 유동도가 현저하게 향상되었다. 게다가 종래의 통상혼분에 비해서 압분체특성이 저해되지 않았다.

[표 3]

[표 4]

[실시예 5]

평균입경이 78-86㎛인 분말야금용의 원자화철분에 평균입경이 28㎛이고 200메시 이하가 93%인 전해동분 2중량%와 평균입경이 16㎛이고 모두가 200메시 이하인 천연흑연분 1중량%, 스테아린산아연 1중량%를 혼합한 분말혼합물(비교예 11,12,13) 및 동일원료에 올레인산 0.19중량%를 가해서 110℃로 가열혼합한, 냉각한 본 발명의 분말혼합물(실시예 12,13,14)의 유동도, C 부착도, 외관밀도를 제5도에 나타냈다.

본 발명의 분말혼합물의 유동도는 단순한 분말혼합물의 유동도에 비해서 5초/50g 이상 작게 되어서 유동성이 개선되었다.

[실시예 6]

평균입경이 78㎛인 분말야금용 원자화철분입자표면에 각각 평균입경이 16㎛인 철연흑연분 1중량%와 44㎛ 이하인 활석분말 0.75중량%를 스테아린산아연 1중량%와 올레인산 0.19중량%의 공용융물결합제로 고착시킨 분말혼합물(실시예 15) 및 평균입경이 16㎛ 이하인 천연 흑연분 2.5중량%와 P 함유량이 20중량%이며 44㎛ 이하인 인산철분말을 1.5중량%를 스테아린산아연 1중량%와 올레인산 0.19중량%의 공용융결합제로 고착시킨 분말혼합물(실시예 16)을 제조했다.

또 비교를 위해서 각각 실시예 15,16과 동일조성으로 통상 혼분법에 의한 분말혼합물(비교예 14,15)도 제조했다.

이들 혼합물에 대해 활석을 첨가한 혼합물은 Si를, 인산철분말을 첨가한 혼합물은 P를, C 부착도와 같은 방법으로 분석해서 각각 활석부착도 및 P 부착도를 구했다.

또 2단 호퍼 절출시험에 의해서 일정시간마다 샘플을 채취해서 분석하고 활석과 인산철분말의 편석도도 조사했다.

제6도 및 제12도, 제13도에서 알수 있듯이 본 발명의 실시예 15,16에서는 활석 및 인산철을 통상혼분법에 의해서 제조한 혼합분말(비교예 14,15)에 비해서 활석부착도 또는 P 부착도가 크고 또 편석도 시험에 있어서도 표준편차가 반이하이었다.

본 발명은 철계분말과 비중차가 큰 합금용분말, 또는 편석에 의해서 소결체 특성에 크게 영향을 미치는 첨가분말에 대해서도 결합효과가 커서 편석을 방지하고 유동성이 개선되는 것을 증명했다.

본 발명의 공용융물결합제를 구성하는 올레인산을 소결시의 탈랍과정에 있어서 완전히 분해되어 휘발하므로 소결중에 아무 문제도 생기지 않는다.

[표 5]

[표 6]

본 발명에 의하면 철계분말과 합금용분말, 절삭성개선용 분말이 효과적으로 부착된 편석이 없는 유동성이 우수한 분말야금용철을 베이스로 하는 분말 혼합물을 얻을 수 있다.

본 발명에 의한 분말야금용철을 베이스로 하는 분말혼합물은 합금용분말의 편석을 제거함으로써 소결기계부품의 불량성의 발생을 크게 감소시킬 수 있을 뿐만 아나라 유동성이 우수하기 때문에 성형속도를 높일 수 있으며 이것은 생산성의 향상과 연결된다.

본 발명의 분말야금용철을 베이스로 하는 분말혼합물과 그 제조방법은 먼지발생방지에 현저한 효과가 있어서 환경위생의 개선에 큰 도움이 된다.

Claims (9)

1. 철계분말과 합금용분말과의 혼합물로서, 이 혼합물의 100-200메시잔류분중의 적어도 1종류 이상의 합금 원소량과 이 혼합물 전체중의 이 합금원소량과의 비율(합금원소분말의 부착도)이 65% 이상인 것을 특징으로 하는 분말야금용철을 베이스로 하는 분말혼합물.
2. 철계분말과 합금용분말 및/또는 절삭성 개선용 분말과의 혼합물로서 이 혼합물의 100-200메시잔류분중에 존재하는 각 합금원소량 및 Si양과 이 혼합물 전체중에 존재하는 당해각 합금원소량 및 Si 양과의 각각의 비율(합금원소분말 및 절삭성개선용 분말의 부착도)이 65% 이상인 것을 특징으로 하는 분말야금용철을 베이스로 하는 분말혼합물.
3. 제1항 또는 2항에 있어서, 일본공업규격 Z 2502(1979년판)에서 규정하는 유동도가 동일종류와 양의 윤활유를 사용하는 동일분말로 구성된 단순한 혼합물의 경우의 유동도에 비해서 5초/50g 이상 작아지는 것을 특징으로 하는 분말야금용 철을 베이스로 하는 분말혼합물.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 측정시간 240초이내의 적산발진량이 300카운트수 이하인 것을 특징으로 하는 분말야금용 철을 베이스로 하는 분말혼합물.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 혼합물을 금형으로 5t/㎠의 압력으로 성형했을때의 압분체의 밀도가 동일종류와 양의 윤활제를 사용한 동일 분말로 구성되는 단순한 혼합물의 밀도에 비해 0.04g/㎠ 이상 저하되지 않는 것을 특징으로 하는 분말야금용 철을 베이스로 하는 분말혼합물.
6. 오일과 금속비누 또는 왁스와의 공용융물로 구성된 결합제에 의해서 합금용분말 및/또는 절삭성개선용 분말을 철계분말입자표면에 고착시킴으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 분말야금용 철을 베이스로 하는 분말혼합물.
7. 제6항에 있어서, 공용융물결합제를 구성하는 오일과 금속비누 또는 왁스분말과의 중량비가 0.1-0.4인 것을 특징으로 하는 분말야금용 철을 베이스로 하는 분말혼합물.
8. 제6항에 있어서, 오일이 올레인산, 금속비누가 스테아린산아연인 것을 특징으로 하는 분말야금용 철을 베이스로 하는 분말혼합물.
9. 철계분말에 1종류이상의 합금용분말과 금속비누 또는 왁스분말을 혼합하고, 다음에 오일을 가해서 이것을 혼합하면서, 또는 혼합한 이 혼합물을 90-150℃까지 가열해서 오일과 금속비누 또는 왁스분말과의 공용융물결합제를 생성시킨 다음 혼합하면서 85℃ 이하까지 냉각해서 합금용분말을 공용융물결합제에 의해서 철계분말입자표면에 고착시키는 것을 특징으로 하는 분말야금용 철을 베이스로 하는 분말혼합물의 제조방법.

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