KR930002523B1 - 사출성형용 합금강 분말, 이의 화합물 및 이를 이용한 소결재료의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

사출성형용 합금강 분말, 이의 화합물 및 이를 이용한 소결재료의 제조방법

제1(a)도 : 탄소함량과 겉보기 밀도의 관계를 나타내는 그라프;

제1(b)도 : 탄소함량과 가공밀도의 관계를 나타내는 그라프;

제1(c)도 : 탄소함량과 비표면적의 관계를 나타내는 그라프;

제1(d)도 : 탄소함량과 점도온도와의 관계를 나타내는 그라프;

제2도 : 소결후의 탄소함량을 나타내는 그라프,

제3도 : 소결재료의 상대밀도비 그리고 HIP(hot isostatic press)처리후의 상대밀도비 관계를 나타내는그라프;

제4도 : 페라이트-형 스테인레스강 소결재료의 크로뮴(합금으로서)함량 그리고 끊는 60% 질산용액중에서 부식속도와의 관계를 나타내는 그라프;

제5도 : 니켈, 몰라브데늄 및 구리가 함께 합금화된 페라이트-형 스테인레스강 소결재료의 상대 소결밀도비 그리고 25℃로 유지되는 1% 황산용액에서 부식속도와의 관계를 나타내는 그라프;

제6도 : 오오스테나이트-형 스테인레스강 소결재료 그리고 끓는 60% 질산용액에서 부식속도와의 관계를 나타내는 그라프;

제7도 : 오오스테나이트-형 스테인레스강 소결재료중의 각 니켈, 몰리브데늄, 구리 및 탄소(합금으로서)의 함량 그리고 40% 아세트산과 1% 포름산의 끊는 혼합물에서 부식속도와의 관계를 나타내는 그라프;

제8도 : 각 페라이트-형 스테인레스강 소결재료 및 오오스테나이트-형 스테인레스강 소결재료에서의 각 주석, 황, 설레늄 및 텔루륨(합금으로서)함량 그리고 드릴링 토크(drilling torque)와의 관계를 나타낸 그라프.

제9도 : 소결재료의 상대밀도비 그리고 HIP처리후의 상대밀도비와의 관계를 나타낸 그라프.

본 발명은 사출성형용 금속분말, 이의 화합물 및 이를 이용한 소결체의 제조방법에 관한 것이다.

(1) 현재 소결강은 잉곳(ingot)스테인레스 강에 비해 수율이 높고 가공비가 적게 들기 때문에 잉곳 스테인레스 강의 일부가 소결 금속체의 일종인 소결강으로 대체되고 있다.

또한, 최근에는 2차원의 설계에만 제한되는 압축성형 대신에 복잡한 3차원 구조의 부품을 쉽게 성형할 수있는 사출성형법이 크게 부각되고 있다.

그렇지만, 사출성형법에 의한 소결강체의 제조가 최근에 시작되었기 때문에 여전히 기술적인 문제가 미해결상태로 남아 있고, 특히 원료물질 분말의 개선의 여지가 가장 많이 남아 있다.

일반적으로 사출성형용 원료물질 분말에 대한 조건은 그의 평균입경이 20마이크론 또는 그미만인 구형이거나 미세입자의 형태이어야 한다. 구형 분말의 장점은 입자들이 잘 미끌어질 수 있는 특성(slip성)을 부여한다.

다시 말하면, 사출성형성이 우수해진다는 뜻이다.

예를들면, 동일한 종류 및 양의 유기 결합제가 모두 첨가된 구형의 분말과 불균일한 형태의 분맏을 비교하면 구형의 분말일 때 점도가 더욱 낮고 사출성형성이 더욱 우수해짐을 알 수 있다.

또한 더욱 적은 양의 결합제를 가지고서도 동일한 수준의 사출성형성을 달성할 수 있다. 이러한 이유로 인하여 탈지시간(debinding cycle)을 단축시키고 크기가 미세한 분말에 의한 고밀도를 달성할 수 있다. 원료물질 분말에 필요한 위와같은 특성을 얻기 위해서는 분쇄장치에서 분쇄매질의 압력 및 유속과 같은 조작파라메터의 변경 그리고 사출노즐 직경의 조정 등이 통상적인 수단으로 채택되었다.

그렇지만, 원료물질 분말의 화학적 조성을 변경하는 것과같은 경로를 통해서는 의도하고자 하는 개선을 위한 어떠한 수단도 채택되지 않으며, 단지 압축성형에 이용하기 위한 것으로서 원료분말에 대해 채택된 것과 비슷한 화학조성, 즉, 압축성형이 경우 압축도에 영향을 미치게될 불순물을 거의 제거한 화학조성물의 형태가 통상적으로 채택되었다.

그럼에도 불구하고, 위의 분말에 대해서는 구형 입자가 충분한 정도로 형성되지 않기 때문에 통상적인 화학 조성물을 사용할 경우 만족할 관한 사출성형을 달성할 수 없다는 문제에 직면하게 되었다[참조 : The"Tokushu-ko(special steel)", Vol. 36, No.6, page 52, Table 1, June 1, 1987).

(2) 현재에는 사출성형용 원료분말로서 다음과 같은 분말을 사용하고 있다. 일본국 특공소 1761/84에 기술된 바와같이 압축성형용의 소결된 미세분말[The "Funtai Oyobi Funmatsu Yakin(Powders and Powder Metallurgy", Vol. 12, No.1(February,1965), page 25 to page 32, by Tamura et al. and the "Funtai Oyobi Funmatsu Yakin", Vol. 22, No.1(March,1975), page 1 to page 11, by Kato et al.,]이지만, 분말금속에 대해 사용하고자 하는 분말의것과는 완전히 다른, 즉, 실리콘이 1.5 무게% 또는 그 미만, 망간이 0.4 무게% 또는 그미만, 그리고 망간/실리콘 비율이 1미만(보통은 0.3미만)인 화학조성을 지닌 분말을 사용하고 있다.

그렇지만, 상기 분말은 사출성형성과 소결성에 관해서는 만족스럽지 못하다. 이는 압축성형 조작시 압축성과 성형성에 역영향을 미치는 탄소화 망간의 함량이 극도로 감소된 화학조성물을 통상적으로 사용함으로 인하여 망간/실리콘 비율을 0.3미만으로 유지하면서 분쇄화 단계시 산화방지를 위한 종래의 기술적인 문제가 엄격히 뒤따르기 때문이다. 이로 인하여 스테인레스강 분말(평균 입경 : 20 마이크론 또는 그 미만)에 대해서 필요한 구형분말의 제조 및 표면 산학물의 처리에 대한 개선이 충분히 이루어지지 못하였다.

(3) 철-코발트-형 합금은 모든 자기물질 중에서도 포화 자기 플럭스 밀도가 가장 높은 부드러운 자기물질로서 알려져 있다. 다시 말하면, 철-코발트-형 합금은 모든 자기물질 중에서 주어진 부피에 관해 자기에너지가 가장 크다고 말할 수 있다. 따라서 이러한 물질은 자기특성이 우수하기 때문에 전기모터, 자기요크(yoke), 그리고 조그만 크기의 부품으로부터 큰 자기 에너지가 발생되는 것을 필요로 하는 것 등에 많이 이용된다.

반면에, 잉곳 철-코발트-형 합금은 냉각 가공성이 빈약하기 때문에 조그만 크기의 부품을 공업적으로 제조하는데 어려움이 있다. 예를들면, 일본국 특개소 291934/86, 54041/87, 및 142750/87에는 철-코발트-형 소결물질에 관해서, 일본국 특공소 38663/82(일본국 특개소 85649/80)에는 인이 함유된 철-코발트-형 소결물질에 관해서, 그리고 일본국 특개소 85650/80에는 보론이 함유된 철-코발트-형 소결물질에 관해서 기술되어 었다. 또한, 일분국 특개소 75410/79에는 철-코발트-바나듐-형 소결물질이 기술되어 있다.

그렇지만, 압축성형의 원리에 따르는 것으로 지금까지 제안된 모든 방법은, 다음의 혼합비율을 압축성에 역영향을 미치지 않는 정도로 제한하면서 압축성형 프레스용 몰드에서 원료분말의 성형을 가능하게 하기 위해서는, 혼합분말, 즉, 철-코발트 합금분말, 코발트-바나듐 합금분말, 철-인 합금분말, 및/또는 철-보론 합금분말을 철 분말 및 코발트 분말과 함께 혼합시켜서 제조한 혼합 분말을 사용해야 한다는 제한이 뒤따른다.

따라서 위의 제한을 극복하기 위하여 낮은 소결밀도와 낮은 자기 특성을 해결하는 것이 지금까지의 기술상의 문제였다. 예를들면, 일본국 특개소 291934/86에는 급냉시킨 철-코발트 합금(규칙적인 격자구조가 형성되지 않았을 뿐 아니라 급냉시킨 철-고바트 합금 분말을 코발트 분말과 혼합시킴에 의한 소결성이 없는)을 이용하여 압축성을 개선시키려는 방법이 기술되어 있고, 일본국 특개소 54041/87에는 HIP(hot isotstatic press)법에 의한 소결밀도의 개선 방법이 기술되어 있으며, 그리고 일본국 특개소 142750/87에는거친 상태의 철-코발트-형 합금분말을 코발트 입자와 결합시켜 개선된 그린 밀도(green density)(압축된분말 밀도)에 의해 자기특성을 개선시키려는 방법이 기술되어 있다.

일본국 특공소 38663/82(특개소 85649/80) 및 일본국 특개소 85650/80에는 위의 분말이 배합되지 않은 고소결밀도를 달성하는 방법에 의해 자기특성을 개선시키는 방법이 기술되어 있다. 여기서 전자의 방법은 분쇄된 철-인 합금(인 함량 26.5 무게%)을 인의 함량이 0.05-0.7%가 되도록 소결하는 방법으로 이루어져있고, 후자의 방법은 분쇄된 철-보론합금(B 함량 19.9 무게%) 보론의 함량이 0.1-0.4%가 되도록 소결하는 방법으로 이루어져 있다.

또한, 일본국 특개소 75410/79에는 바나듐 35-45무게% (38% 바나듐 공용 조성)로 이루어진 분쇄된 바나듐-코발트 합금 분말을 철 분말 및 코발트 분말과 배합시켜 제조한 조성물을 액체상 소결이라는 방법을 통하여 소결물질로서 철-코발트-바나듐-형 합금의 소결밀도를 증가시킴으로써 자기특성을 개선시키는 방법에 기술되어 있다. 그렇지만, 위에서 제안된 통상적인 방법은 몰드를 사용하는 압축성형법에 사용하려는것이지 사용성형에는 적용될 수 없다.

이는 사용한 원료물질 분말이 소결성이 좋지못한 여러 종류의 거친상태인 단일-원소 금속분말과 2종류-원소 합금분말의 혼합물인 상태이고, 또한 상기 분말이 제조방법에서의 차이로 인한 입자크기와 입자형태가 서로 다르기 때문이다.

한편, 현재에는 수율과 가공비에 관해 장점이 있기 때문에 잉곳 철-코발트 합금물질 일부를 철-코발트-형 소결물질로 대체시키고 있다.

특히, 2차원적인 부품만을 제조할 수 있는 압축성형법을 대체시킴으로써 3차원적인 부품을 용이하게 제조할 수 있는 사출성형법을 이용하는 방법이 대두되고 있다.

그럼에도 불구하고, 사출성형법에 의한 철-코발트-형 소결물질의 제조가 최근에 실시되었기 때문에 해결해야 할 여러 문제점이 여전히 남아 있다.

일반적으로, 스테인레스강-형 소결물질에 관해 기술된 바와같이 철-코발트-형 소결물질의 경우에 사출성형에 사용할 원료분말은 미세한 구형입자이어야 하고 입자의 표면에는 감량할 수 있는 산화물이 존재해야한다.

그렇지만, 철-코발트-형 소결물질의 경우에도 스테인레스강-형의 경우와 같이 개선책으로 원료물질 분말의 화학조성을 변경하는 방법이 채택되었지만, 압축성형에만 사용된다는 가정에 근거를 두어 평균입경이 약 80 마이크론인 원료물질 분말과 같은 조성물을 사용하였다. 즉, 압축성형 단계에서 압축성과 가공성에 역영향을 미칠 화학 조성물이 통상적으로 사용되었다. 그렇지만, 이러한 조성물은 사출성형성과 소결성에 관해서는 만족스럽지 못하다는 문제점이 여전히 내포되어 있다. 이는 사출성형에 이용하기 위한 것으로 통상적인 조성을 지닌(평균입경 20 마이크론 또는 그 미만)미세분말에 대해서 구형입자의 형태를 얻고 표면에 산화물이 존재하기 위한 방법에 관해 충분한 지식과 경험이 부족했기 때문이다.

본 발명자는 소결강용 원료물질로서 스테인레스강 분말의 제조 그리고 사출성형에 의한 소결강의 제조에관해 연구한 결과 소결체의 내부 식성에 손상을 입히지 않고 사출성형에 적합한 분말로서 구형의 입자형태를 제공해 주는 화학 조성물을 발견하여 본 발명의 완성하게 되었다.

본 발명의 목적은 사출성형에 따르는 것으로 소결된 스테인레스강 부품의 제조시 우수한 사출성형성을 지닌 구형입자 형태의 스테인레스강 분말을 제공하는데 있고, 또한 이러한 원료분말을 사용하여 내부식성이 우수한 스테인레스강 소결체의 제조방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 목적은 구형입자의 형태인, 즉, 금속분말에 대한 우수한 사출성형성을 얻기에 적합한 입자의 형태이며 입자표면의 산화물을 감량시킬 수 있어 우수한 소결특성을 부여하는 스테인레스강 미세분말을 제공하는데 있다.

또다른 본 발명의 목적은 위의 스테인레스강 분말을 사용해 사출성형, 소결 및 필요에 따라서는 HIP처리하여 내부식성이 뛰어난 소결된 스테인레스강 물질을 제공하는데 있다.

이와같은 본 발명의 목적은 금속분말에 대한 적절한 사출성형성을 부여하는 구형입자 형태를 지닐 뿐 아니라 입자표면의 산화물을 감량시킬 수 있어 뛰어난 소결특성을 지닌 철-코발트-형 합금 미세분말 및 철-코발트-형 미세분말을 제공하고, 또한 유용한 자기특성을 지닌 것으로, 특히 위의 합금분말을 사출성형시키고, 여기서 얻은 사출성형품을 소결한 다음, 필요에 따라 소결체를 HIP처리하여 포화 자기 플럭스밀도가 높은 소결된 철-코발트 물질을 제공함으로써 달성될 수 있었다.

본 발명자는 위의 목적을 달성하고자 연구를 거듭한 끝에 다음과 같은 사실을 얻고 본 발명을 달성하였다.

(1) 스테인레스강 성형품을 얻기 위해 용융법(melt process)과는 다른(사출성형법을 이용한)스테인레스강 소결체의 제조시, 스테인레스강 미세분말의 탄소함량을 줄이는 대신에 증가시키고 이어서 일정한 소결법을 이용해 고밀도의 소결체를 얻을 수 있다.

(2) 실리콘 함량이 0.20 무게% 또는 그 이상이고 망간/실리콘 비율이 1.00 또는 그 이상인 크로뮴-함유 스테인레스강, 및 탄소함량이 1.20 무게% 또는 그 이하이고 실리콘 함량이 0.20 무게% 또는 그 이하이며, 망간/실리콘 비율이 1.00 또는 그 이상이고, 크로뮴 함량이 8.0-30.0 무게%인 크로뮴-형 스테인레스강, 또는 크로뮴 함량이 8.0-30.0 무게%이고 니켈 함량이 8.0-22.0 무게%인 크로뮴-니켈-형 스테인레스강으로 이루어진 용융물을 분무화(atomizing)시켜서 뛰어난 소결특성을 부여하는 평균입경 20마이크론인 스테인레스강 분말을 제조할 수 있다[여기서 "평균입경"이란 미립자측에서 누적체적이 전체 부피의 50% 수준을 도달하는 입자크기 그룹의 입경을 의미함].

본 발명의 실시예에 자세히 나타난 바와같이 위의 조성을 지닌 스테인레스강 분말을 소결함으로써 상대밀도비(참밀도에 대하는 비)가 92%이상인 폐기공으로 이루어져 있을 뿐 아니라 0.05 무게% 이하의 탄소함량에서도 내부식성이 뛰어난 소결된 스테인레스강 물질용 얻는 것이 가능하다.

또한, 크로뮴-형 스테인레스강 또는 크로뮴-니켈-형 스테인레스강을 니켈, 몰리브데늄 및 구리중의 하나 또는 그 이상을 각각 0.1-4.0 무게%, 0.3-4.0 무게% 및 0.5-5.0 무게%와 함께 합금화시킴으로써 탄소함량이 0.05 무게% 이하의 수준인 스테인레스강 소결재의 내부식성 개선시킬 수 있다.

더욱이, 크로뮴-형 스테인레스강 또는 크로뮴-니켈-형 스테인레스강을 주석, 황, 설레늄 및 텔루륨중의 하나 또는 그 이상을 각각 0.05-2.00 무게%, 0.02-0.05 무게%, 0.05-0.20 무게% 및 0.05-0.20 무게%와 함계 합금화시킴으로써 탄소함량이 0.05 무게% 이하인 스테인레스강 소결체의 절삭 효율을 개선시킬 수 있다. (3) 망간이 2.00 무게% 이하이고 코발트가 15-60 무게% 이며 나머지는 불순물을 제의하고 거의 철인 조성으로 이루어진 철-코발트 용융물을 분무화시켜서 미세 금속분말을 제조함에 의해 탁월한 소결정을 부여하는 표면(일정량의 산화물이 함유되어 있음)을 지니고 있고 또한 사출성형에 적합한 입자의 형태를 취하고 있으며, 평균입경이 20 마이크론 이하인 철-코발트 미세분말을 제조하는 것이 가능하다.

따라서, 위의 미세 합금분말을 소결시켜서 상대 밀도비(참밀로에 대한 비)가 92% 이상이고 탄소함량이 0.02 무게% 이하인 것으로 밀폐기공이 포함되어 있고 자기특성이 우수한 소결체를 얻을 수 있다.

또한, 조성이 탄소 1.00 무게% 이하, 실리콘 1.00 무게% 이하 망간 2.00 무게% 이하 및 망간/실리콘비율이 1.00 이상인 철-코발트-형 또는 철-코발트-바나듐-형 용융물을 분무화시켜서 미세 금속분말을 제조함에 의하여 우수한 소결성을 부여하는 입자의 표면(일정량의 산화물이 함유되어 있음을 지니며 사출성형에 적합한 입자 형태를 취하고 평균입경이 20마이크론 이하인 철-코발트-형 또는 철-코발트-바나듐-형 분말을 제조할 수 있다.

따라서, 위의 합금분말을 소결시키면 상대밀도비(참밀도에 대한 비)가 92%이상이고 탄소함량이 0.02 무게% 이하이며 밀폐기공으로 구성되어 있고 자기특성이 우수한 합금분말을 얻을 수 있다.

더욱이, 위의 용융물을 보론 및 인증의 하나 또는 그 이상을 각 0.02-1.00 무게% 및 0.05-1.00무게% 합금화시키고 이어서 분무화시켜 미세분말의 형태로 함으로써 평균입경이 20 마이크론 이하인 합금분말의 겉보기 밀도와 참밀도를 개선시키고 또한 탄소함량이 0.02 무게% 이하일 때의 자기특성을 개선시킬 수 있다.

(A)사출성형용 미세 금속분말

(1) 스테인레스강 분말

본 발명에서 사출성형법에 의하여 스테인레스강 소결체의 제조시 사용할 스테인레스 분말의 조성은 탄소함량이 0.1-1.0 무게%이고 나머지 구성원소는 공지의 스테인레스강의 것과 같다.

일반적으로, 잉곳 스테인레스강의 경우 내부식성의 관점에서 볼 때 탄소함량을 극소로 함이 필요하다.

특히, 압축성형법에 의해 스테인레스강 소결체의 제조시 사용된 원료물질 분말은 내부식성뿐 아니라 잉곳강의 경우보다 낮은 정도로 탄소함량이 감소되어야 한다.

반면에, 스테인레스강 소결체의 제조시 탄소함량이 남은 원료물질분말을 사용할 경우 사출성형성의 개선에 도움이 되지 않고 또한 내부식성 면에서 볼 때 어떠한 장점도 가져다 주지 않음이 밝혀졌다. 이는 탈결합 단계후 유기 결합제로부터 제조되는 탄소에 의해 오염되기 때문이다.

더욱이, 원료물질 분말에서 생성된 탄소뿐 아니라 유기 결합제에서 생성된 탄소는 감압소건하에서 소결시키면 제거할 수 있음이 밝혀졌다. 따라서, 스테인레스강 분말에 함유되어 있는 탄소의 양을 감소시키기 보다는 증가시켜서 원료물질 분말의 특성을 개선시려는 시도를 통하여, 탄소함량이 증가하면 고압 매질을 사용한 분무화 방법(즉, 구형입자 형태의 형성)에 의하여 제조된 분말의 충진도가 개선됨을 새로이 밝혀냈다.

이와같이 탄소함량을 제한해야만 하는 이유는 다음과 같다.

분말에서 구형의 정도를 평가하기 위해 탄소함량과 각각 겉보기 밀도, 가공밀도, 비표면적, 및 화합물 점도와의 관계 그리고 다른 한펀으로는 탄소를 제의한 화학조성이 JIS(일본공업규격)의 SUS 316에 상응하는 스테인레스강 분말에 대해 이들을 시험다.

겉보기 밀도 및 가공밀도는 분말의 충진도에 따른 구형의 정도를 나타내고, 비표면적은 분말에서 구형 정도의 유용한 인디케이터 역할을 함이 알려졌으며, 그리고 화합물 점도는 사출성형성이 관점에서 볼 때 직접적으로 필요한 특성일뿐 아니라 구형의 정도를 평가할 수 있는 화합물의 스립(slip)특성을 나타냄이 알려져있다.

위에서 언급한 평가의 결과는 제1(a)-(d)도에 나타나 있다 가공밀도와 겉보기 밀도의 증가 그리고 비표면적의 증가는 일반적으로 입자크기의 분포가 같은 분말에서 탄소함량이 0.1% 이상의 수준일 때 나타난다. 더욱이, 제1(d)도에 분명히 나타나 바와같이 결합제에 대한 분말의 비가 동등한 화합물에서 탄소함량이 0.1% 이상일 때 점도를 낮추는 효과가 나타난다.

따라서, 탄소함량의 하한선은 0.1%로 설정한다.

더욱이, 위의 실험에서 사용한 샘플과 화학조성이 같은 스페인레스강 분말과 열가소성 겨합제와의 혼합물을 성형시키고, 이어서 성형된 것을 일반적으로 4시간 공업적으로 실시할 수 있는 진공(0.0001 torr)소결프로세스에 따라 소결시켜서 얻은 소결체에서 탄소함량의 관계는 제2도에 나타나 있다. 위의 소결체에서 탄소함량의 상한선은 그의 수준이 1.0% 를 능가할 경우 충분히 줄일 수 있다(제 2 도 참조). 따라서, 탄소함량의 상한선의 1.0%로 설정한다.

결국분말의 탄소함량을 일정하게 설정함으로써 사출성형에 의한 스테인레스강 소결체의 제조에 적합한 원료물질 분말을 얻는 것이 가능해진다.

더욱이 탄소를 첨가함으로써 용융물의 점도와 융점이 하향하게 되면 용융금속의 처리온도를 낮추고 분무화 사이클을 단축시키는 것이 가능해지기 때문에 본 발명에 따른 강철분말의 화학적 조성에 따르면 우수한분말 특성뿐 아니라 제조시 뛰어난 경제성을 가져다줄 수 있다.

본 발명에 따른 스테인레스강 분말 조성물은, 오오스테나이트-형 또는 페라이트-형 스테인레스강(예, JIS의 SUS 316, SUS 304 및 SUS 410)을 포함하여, 크로뮴-함유 스테인레스강 조성물에 적용할 수 있으며, 또한 공지의 시트형 물질의 조성이나 분말야금용의 통상적인 분말에 첨가된 탄소와 함께 사용할 수 있다. 위에서 언급한 효과는 분무화 프로세스에 의하여 제조한 분말에서 입자의 형성은 점도와 같은 용융금속의 물리적 특성에 의해 강한 영향을 받기 때문에, 스테인레스강의 조성을 용융금속에 탄소를 첨가해서 점도와 같은 용융금속의 물리적 특성을 균일하게 변경할 수 있다는 사실에서 기인되었으며, 그리고 분무화된 분말에서 균일한 구형입자의 형성을 달성할 수 있다는 사실에서 기인된 것이다.

더욱이, 사출성형용 평균입경에 관해 분말의 입자크기는 20 마이크론 이하임이 기본적이며, 최종적으로 얻은 소결체에서 최고 수준의 밀도를 달성하기 위해서는 평균입경이 10마이크론 이하인 분말을 사용함이 바람직하다. 다음으로, 위의 스테인레스강 분만을 유기 바인더와 함께 첨가하여 사출성형용 화합물을 제조한다.

(2) 실리콘-함유 합금 분말

사출성형에 의해서 실리콘-함유 합금 소결체의 제조시 사용한 실리콘-함유 합금 분말의 조성물은 탄소 1.20 무게% 이하, 실리콘 0.20 무게% 이상, 망간/실리콘 비율 1.00이상, 및 평균입경 20 마이크론 이하임을 기준으로 함이 바람직하다.

여기서는 탄소 1.2 무게%이하, 실리콘 0.20 무게% 이상, 망간/실리콘 비율 1.00 이상, 및 크로뮴 8.0-3.00 무게%, 그리고 나머지는 불순물을 제의하고 거의 철이며, 평균입경은 20 마이크론 이하임이 더욱 바람직하다.

(a) 위의 조성물에는 1.0-4.0 무게%의 니켈, 또는 8.0-22.0 무게%의 니켈이 함유될 수 있다.

(b) 위의 조성물에는 니켈을 함유시킴이 없이 0.3-4.0 무게%의 망간이 함유될 수 있으며, 또한 이미 함유된 니켈 외에도 0.3-4.0 무게%의 몰리브데늄이 함유될 수 있다.

(c) 위의 조성물에는 니켈이 함유됨이 없이 0.5-5.0 무게%의 구리가 함유될 수 있으며, 또한 이미 함유된 니켈 외에도 0.5-5.0 무게%의 구리가 함유될 수 있다.

(d) 위의 조성물에는 이미 함유된 1.0-4.0 무게%의 니켈이나 8.0-22.0 무게%의 니켈 외에도 0.3-4.0 무게%의 몰리브네늄 그리고 0.5-5,0 무게%의 구리가 함유될 수 있다.

(e) 위의 (a)-(d)의 조성물에는 주석, 황, 설레늄 및 테루리움 중의 하나 이상을 각각 0.05-2.00 무게%, 0.02-0.50 무게%, 0.05-0.20 무게% 및 0.05-0.20 무게% 함유될 수 있다.

탄소함량을 1.20 무게% 이하로 제한하는 이유는 다음과 같다.

일반적으로, 잉곳 스테인레스강의 경우, 내부식성을 향상시킨다는 관점에서 볼 때 탄소함량을 극소로 줄이는 것이 필요하다. 특히, 압축성형에 의하여 스테인레스강 소결체의 제조시 사용한 원료물질 분말은 그의 탄소함량이 내부식성과 압축성형의 압축성을 향상시킨다는 관점에서 볼 때 잉곳 강의 경우보다 낮은 정도로줄어듬이 필요하다.

반면에, 스테인레스강 소결체의 제조시에 탄소함량이 낮은 원료물질 분말을 사용하면 사출 성형성이 개선되지 많을 뿐 아니라 탈결합 단계시 유기 바인더에서 유래된 탄소에 의해 오염되기 때문에 내식성에 관해 어떠한 장점도 가져다주지 않음이 밝혀쳤다.

더욱이, 원료물질 분말에서 기인된 탄소뿐 아니라 유기 결합재에서 기인된 탄소는 감압하에서 소결시키면 제거할 수 있음이 밝혀졌다.

따라서, 분말중의 탄소함량을 감소시키기 보다는 증가시킴으로써 분말의 특성을 개선시키려는 시도를 한결과, 탄소함량이 증가하면 고압매질이 사용되는 (구형입자의 형태를 만들기 위해)분무화 방법이 의해 얻은 분말의 충진도가 개선됨을 밝혀냈다.

한편, 탄소가 스테인레스강의 조성과함께 용융물의 형태로 합금화될 때 야기된 용융물에서의 산소함량의 감소 그리고 용융물에서의 점도와 융점의 감소에 의해서 분무화된 입자가 구형의 형태로 형성됨을 추론할 수 있다. 예를를면, 1000 kgf/cm²의 수압으로 사출되는 고리형 워터-젯(water jet)을 사용해서 용융물을 분무화시켜 표 1-3에 나타난 바와같이 평균입경이 8.0-9.0 마이크론인 스테인레스강 미세분말을 얻을 경우, 겉보기 밀도와 가공밀도는 탄소합금의 양이 증가함에 따라 증가함이 알려져 있다. 따라서, 위의 분말에서는 구형의 입자가 형성됨을 알 수 있다.

더욱이, 결합제에 대한 분말의바율이 동등한 화합물의 경우 화합물의 점도 온도는 스테인레스강 분말의 합금화된 탄소 함량에 증가하는 결과로 감소함을 알 수 있다.

그러나, 스테인레스강 분말에서 합금화된 탄소의 함량이 1.20 무게%의 수준을 초과할 경우에는, 분무화 단계에 대한 용융물의 도입시 용융물 온도의 하향에 따른 결과로, 용융물내에서 합금화된 실리콘과 망간의 양에 상응하는 탈산화반응의 한계치 아래로 산소-탄소의 반응에 의한 탈산화반응의 한계치가 떨어지기 때문에 일산화 탄소 가스가 캡슐화 되는 버블(bubble)상 입자의 생성으로 인해 겉보기 밀도와 가공밀도가 역으로 떨어지는 결과가 생긴다.

더욱이, 스테인레스강 분말에서 합금화된 탄소함량이 1.20 무게% 이하로 제한된다.

이는, 위의 화합물을 감압하 소결시키고 보통 공업적으로 채택되는 최대 소결시간이 1350℃에서 4시간일 경우, 소결체의 탄소함량이 0.05 무게% 이하로 줄어들어 그 결과 내부식성이 떨어지기 때문이다.

망간/실리콘 비율을 실리콘 함량 0.20 무게% 이상일 때 1.00이상으로 제한하는 이유는 다음과 같다.

크로뮴과 합금화된 용융물을 사용할 경우, 용융물에 C, Si 및 Mn을 첨가할 시 용융물의 온도가 떨어짐으로 인해 크로뮴 옥사이드(Cr₂O₃)가 턴디쉬 노즐(tundish nozzle)에 침전하여 턴디쉬 노즐을 막는 결과를 가져다줄지라도, 용융물의 산소함량을 Cr-O탈산화 반응 한계치 아래로 조정하는 것이 가능하다. 여기서 산소함량은 용융물이 턴디쉬 노즐을 통과할 때 용융물의 온도에서 평형에 도달하기 때문에 노즐이 막히게 되는 것이 방지할 수 있다.

예를들면, 탄소함량이 0.01 무게% 이고 크로뮴 함량이 30.0 무게%이며 1500℃로 유지되는 스테인레스강 용융물에 망간을 첨가할 경우, 용융물에서 Cr-O와 Si-O의 산소함량은 Si함량이 0.20 무게%일 때 대략평형에 도달허며, 그 용융물은 노즐 구멍을 막지 않고 턴디쉬 노즐을 통하여 지나가기 때문에 분무화가 가능해진다. 그러므로 실리콘 함량을 0.20 무게% 이상으로 제한한다.

더욱이, 망간을 용융물에 첨가한다면, 이 용융물이 Cr-O탈산화반응의 한계치와 비교하여 산소함량이 낮은 것으로 만들어진다는 점에서 Si-Mn의 복합적인 탈산화반응 효과에 의해 추가로 만족할 만한 조건을 얻을 수 있기 때문에 용융물 온도의 하강에 따른 턴디쉬 노즐을 막힘현상을 배제할 수 있다.

예를들면, 겉보기 밀도와 가공밀도는 화합물의 점도온도가 낮아질때 증가하기 때문에, 표 1-3에 나타난 바와같이 워터 젯에 의한 용융물의 분무화에 의하여 얻은 합금분말의 경우 1.00이상의 망간/실리콘 비율에서 구형입자의 형성이 일어남을 알 수 있다. 더욱이, 망간/실리콘 비가 1.00 이상일 때 소결밀도가 증가하고 표면이 상당한 소결성을 부여하는 조건으로 됨을 알 수 있다.

한편, 용융물의 망간함량이 증가한다면, 분무화 단계에서 입자 표면에 저융점의 MnO가 생성되고, 이러한 MnO가 응고하기 전에는 입자 표면층의 융점이 떨어지고, 표면장력이 증가하며 또한 점도가 떨어지기 때문에 결과적으로 분무화된 입자가 구형을 띠게 되는 것으로 추론할 수 있다.

더욱이, MnO는 상기 화합물의 탄소함량이나 용융물의 합금화된 탄소함량에 의해 일산화탄소로 환원되기 때문에 약 1350℃의 온도에서 위의 화합물이 감압하 소결되는 한 소결이 방해되지 않는다. 위의 소결온도는 공업적으로 일반적으로 채택되는 소결온도이다.

이와는 반대로, 분무화 단계시 실리콘이 입자의 표면에서 점성질의 실리콘 디옥사이드로 변하여 입자의 형태가 불균일해지며, 이러한 실리콘 디옥사이드는 약 1400℃의 온도 및 감합하에서 탄소에 의해 일산화탄소로 거의 변하지 않기 때문에 소결이 방해된다.

따라서, 분무화 단계시 구형의 입자가 형성되고 상당한 소결성을 부여하는 입장의 표면을 얻기위한 목적으로 용융물의 망간/실리콘 비율을 1.00이상으로 제한한다.

크로뮴 함량을 8.0-30.0 무게%로 제한하는 이유는 다음과 같다. 크롬뮴은 스테인레스강의 기본적인 합금화 원소이며, 이는 화합이 어려운 상태의 필름을 형성하고 또한 내부식성을 부여한다. 크로뮴 함량은 8.0-30.0 무게%로 제한한다. 이는 크로뮴을 30 무게%를 초과하는 양으로 첨가하면 내부식성이 개선되지 않고, 반대로 8.0 무게% 수준으로 크로뮴이 함유되면 부식속도가 현저히 감소하기 때문이다. 이는 평균입경이 8.0-9.0 마이크론인 크로뮴-함유 분말(크로뮴 5.0 33.0 무게%, 탄소 0.02 무게%, 실리콘 0.70 무게%, 망간 1.00 무게%, 인 0.02 무게%, 및 황 0.01 무게%, 나머지는 거의 철)을 사출성형시키고 이어서 감압하(10^-4torr) 1350℃에서 4시간 소결시켜서 얻은 것으로 상대밀도비가 95%인 밀폐공으로 구성된 물질을 소결하는 경우에 해당되며, 제4도에 나타난 바와같이 끓는 질산에 잠겨있는 샘플을 이용해 내부식성 시험을 수행한 결과이다.

페라이트-형 소결강에서 니켈의 함량을 1.0-4.0 무게%로 제한하는 이유는 다음과 같다. 크로뮴-함유 페라이트강 소결체에서 잘 화합하지 않는 상태는 니켈에 의해 향상되며 그에 따라 내부식성도 증가한다.

평균입경이 8.0-9.0 마이크론인 스테인레스강 미세분말(크로뮴 18 무게%, 탄소 0.02 무게%, 실리콘 0.70 무게%, 망간 1.00 무게%, 인 0.02 무게%, 그리고 황 0.01 무게%, 나머지는 거의 철)을 사출성형시키고 이어서 감압하에 (10^-4torr) 1350℃에서 4시간 소결시켜서 얻은 것으로 상대 밀도비가 95%인 밀폐공으로구성된 물질을 소결할 경우, 제5도에 나타난 바와같이 25℃로 유지되는 1% 황산용액에 위의 샘플을 담가 내부식성을 시험 하였을 때, 본 발명에 따른 페라이트-형 스테인레스강 소결체의 내부식성을 개선하는데 필요한 니켈 함량은 1.0-4.0 무게%로 제한하느데, 이는 4.0 무게%를 능가하면 내부식성이 전혀 개선되지 않기 때문이다.

오오스데나이트-형 스테인레스강에서 니켈의 함량을 8.0-22.0 무게%로 제한하는 이유는 다음과 같다. 니켈은 오오스테나이트-형 스테인레스상의 기본적인 합금화 원소이며, 이는 감마-상(gamma-phase)면적을 늘리기 때문에 오오스테나이트를 안정화시킨다. 니켈은 철 및 크로뮴과 비교했을 때 전기화학적으로 귀금속이며, 클로라이드나 비산화성 산에 대한 내부식성을 부여하고, 또한 크로뮴 산화물의 잘 화합하기 어려운 상태를 강화시킨다.

8.0 무게% 본 발명의 소결강을 오오스테나이트화 하여 염화물이나 비산화성산에의 내부식성을 충분히 발휘하는 니켈의 양은 8.0 무게 %이며, 30.0 무게 % 크롬강일 때 니켈은 22.0 무게 %가 필요하고, 22.0 무게 %를 초과하여 첨가해도 본 발명의 오오스테나이트-형 스테인레스 소결강의 내부식성 개선에 효과가 없기 때문에 니켈의 함유량을 8.0-22.0 무게 %로 제한한다. 몰리브네늄 함량을 0.3-4.0 무게 %로 제한하고 구리 함량을 0.5-5.0 무게 %로 제한하는 이유는 다음과 같다. 몰리브네늄 및 구리는 페라이트-형 스테인레스강 소결체 그리고 오오스테나이트-형 스테인레스강 소결체의 패시브 스테이트를 안정화시키고 내부식성을 향상시킨다.

평균입경이 8.0-9.0마이크론인 오오스테나이트-형 스테인레스강 미세분말(크로뮴 18 무게 %, 니컬 14무게 %, 몰리브데늄 2.5 무게 %, 실리콘 0.70 무게 %, 망간 1.00 무게 %, 인 0.02 무게 % 및 황 0.01무게 %, 나머지는 거의 철)을 사출성형시키고, 이어서 강압하(10-4torr) 1350℃의 온도에서 4시간 소결시켜 체조한 것으로 상대밀도비가 95%인 밀폐기공으로 구성된 물질을 소결하는 경우, 제5도 및 7도에 나타난 바와 같이 40% 아세트산과 1% 포름산 용액의 끓는 혼합물에 위의 샘플을 넣어 내부식성 시험을 한 결과, 몰리브데늄을 4.0 무게 %를 능가하는 양으로 첨가하거나 구리를 5.0 무게 %를 능가하는 양으로 첨가했을 때 내부식성에는 어떠한 개선도 이루어지지 않고, 몰리브네늄 함량이 3.0 무게 % 이상이거나 구리 함량이 0.5 무게 % 이상일 때 내부식성이 감소하였기 때문에 몰리브네늄 함량을 0.3-4.0 무게 %로 제한하고, 구리의 함량을 0.5-5.0 무게 %로 제한한다. 주석 함량, 황 함량, 셀레늄 함량 및 텔루륨 함량을 각각 0.05-2.00 무게%, 0.02-.0.50 무게%, 0.05-0.20 무게%, 및 0.05-0.20 무게%로 제한하는 이유는 다음과 같다.

주석, 황, 셀레늄 및 텔루륨을 하나 또는 그 이상 페라이트-형 소결강이나 오오스테나이트-형 소결강에 첨가하면 절삭효율이 개선된다.

평균입경이 80-9.0마이크론인 페라이트-형 스테인레스강 분말(실리콘 0.70 무게 %, 망간 1.00 무게%, 및 크로뮴 18 무게 %) 그리고 평균입경이 8.0-9.0마이크론인 오오스테나이트-형 스테인레스강 분말을 사출성형시키고 이어서 감압하(10-4torr), 1350℃에서 4시간 소결시켜 제조한 것으로 상대밀도비가 95%인 밀폐기공으로 구성됨 물질을 소결할 경우, 제8도에 나타난 바와 같이 절삭효율 시험을 수행한 결과, 주석을 2.00 무게 % 초과해서, 황을 0.50 무게 % 초과해서, 셀레늄을 0.20 무게 % 초과해서 또는 텔루륨을 0.20 무게 % 초과해서 첨가한 결과 절삭효율이 개선되지 않았고, 반면에 주석이 0.05 무게 % 이상, 황이 0.02 무게 % 이상, 셀레늄이 0.05 무게 % 이상 또는 텔루륨이 0.05 무게 % 이상일 때(단독적으로 또는조합적으로)는 절삭부하가 감소했기 때문에 주석, 황, 셀레늄, 또는 텔루륨의 함량을 각각 0.05-2.00 무게%, 0.02-0.50 무게 %, 0.05-0.20 무게 %, 또는 0.05-0.20 무게 %로 제한하였다.

평균입경을 20마이크론 이하로 제한하는 이유는 다음과 같다. 표 6에 나타난 바와 같이 위의 스테인레스강 미세 분말에서 제조한 최종 소결재의 밀도 및 내부식성은 상기 스테인레스강 분말의 평균입경에 의해 그게 영향을 받는다.

평균입경이 20마이크론을 초과한다면, 제3도에 나타난 바와 같이 상대 소결밀도비가 92% 이상인 밀폐기공으로 구상된 소결재의 제조가 불가능해지고 따라서 제5도 및 6도에 나타난 바와 갇이 내부식성에 현저한 역영향을 가져다 주기 때문에 평균입경을 20마이크론 이하로 제한하였다.

(3) 철-코발트 합금분말

본 발명의 사출성에 의해서 철-코발트 합금 소결체를 제조하는네 사용한 철-코발트 합금분말은 망간이 2.0 무게 % 이하이고 코발트가 15-60 무게 %이며, 나머지는 불순물을 제의하고 거의 철이다. 또한 평균입경은 20마이크론 이하이다.

더욱이, 위의 조성물은 보론이나 인 하나를 각각 0.02-1.00 무게 %, 0.05-1.00 무게 % 함유할 수 있다.

또한, 위의 조성물은 1.0 무게 % 이하의 탄소,1.0 무게 % 이하의 실리콘, 2.0 무게 % 이하의 망간, 1.0 이상의 망간/실리콘 비, 그리고 15-60 무게 %의 코발트를 함유항이 더욱 바람직하고, 그리고 나머지는 불순물을 제외하고 거의 철이며 평균입경이 20마이크론 이하임이 더욱 바람직하다.

(a) 위의 조성물은 1.0-4.0 무게 %의 바나듐을 함유할 수 있다.

(b) 위의 조성물은 보론이나 인 하나를 각각 0.02-1,00 무게 % 및 0.05-1.00 무게 % 함유할 수 있다. 또한, 바나듐을 1.0-4.0 무게 % 함유할 수 있다.

망간의 함량을 2.00 무게 % 이하로 제한하는 이유는 다음과 같다.

망간 함량이 증가된 철-코발트-바나듐형 용융물이나 철-코발트-형 용융물이 분무화 단계시 입자의 표면상에 저융점의 MnO-FeO를 생성시킬지라도, 이를 용융물은 저응점의 MnO-FeO가 응고하기 전에 입자표면층에 웅점을 낮추고 그리그 표면장력의 상승 및 점도의 강하로 인해 본무화된 입자가 구형으로 형성됨이 가능해지며, 망간 함량이 2.00 무게 % 보다 높은 수준에서 Fe-단일 조성의 소결재보다 낮은 수준으로 소결재의 포화 자화 플럭스 밀도가 줄어들기 때문에 망간 함량을 2.00 무게 % 이하로 제한하였다.

탄소함량을 1.00 무게 % 이하로 설정한 이유는 다음과 같다. 일반적으로, 철-코발트 또는 철-코발트-바나듐-형의 고 포화 자화 플럭스 밀도 소결재의 경우, 자기특성이 우수해진다는 관점에서 볼 때 탄소함량을 극소로 줄임이 필요하다. 특히, 압축성형에 의해 철-코발트 또는 철-코발트-바나듐 소결재의 제조시사용된 원료물질 분말은·압축성형시 압축성이 우수해지고 자기특성이 우수해진다는 면에서 볼 때 그의 탄소함량을 잉곳 강의 경우 보다 낮은 정도로 감소시킴이 필오하다.

반면에, 철-고말트-형 또는 철-코발트-바나듐-형 스테인레스강 소결재의 제조시 탄소함량이 낮은 왼료물질을 사용하면 탈결합단계에서 유기 결합제로부터 생성된 탄소에 의해 오염되기 때문에 내부식성 면에서 볼때 어떠한 장점도 가져다 주지 못하며 사출성형성도 개선되지 않음이 밝혀졌다. 디욱이, 원료물질 분말에서 생성된 탄소 그리고 유기 결합제에서 생성된 탄소는 감압하에 소결시키면 제거할 수 있음이 밝혀졌다.

따라서, 분말의 탄소함량을 줄이기 보다는 증가시킴으로써 분말의 분말 특성을 개선시키려는 시도를 한결과, 탄소함량을 증가시키면 고압 매질을 사용할(구형입자의 형태를 형성시키기 위해) 분무화된 분말의 충진도가 개선됨이 밝혀졌다.

한편, 탄소가 용융물의 형태로 스테인레스강 조성과 합금화됨으로써 야기된 용융물중 산소함량의 감소에 의해서 그리고 상기 상기 용융물의 점도와 융점이 떨어짐으로 인해 분우화된 입자가 구형으로 형성된다고 추론한다. 예를들면, 제 8도에 나타난 바와 같이, 평균입경이 9.0-10.0마이크론이며 1000 kgf/cm²의 수압으로 분출되는 고리형 워터 젯을 사용해 상기 용융물을 분무화시켜 얻은 스테인레스강 분맡에서는, 합금학된 탄소의 함량이 증가함에 따라 겉보기 밀도와 가공밀도가 증가함을 알 수 있다. 따라서, 분말에서는 구형입자의 형태가 이루어진다.

더욱이, 결합제에 대한 분말의 비가 동등한 화합물의 경우, 화합물의 점도 온도는 50% 철-함유 코발트미세분말의 합금화된 탄소함량이 증가하는 결과로 감소하게 됨을 알 수 있다.

그렇지만,50% 철-함유 코발트 분말의 합금화된 탄소함량이 1.00 무게 %의 수준을 능가한다면, 탄소-산소-반응에 의한 탈산화반응의 한계는 용융물 내에서의 합금화된 실리콘과 망간의 양(용융물 내에서 한정됨)에 상응하는 탈산화반응의 한계아래로 낮아지기 때문에 화합물의 점도온도는 현저히 증가하며, 따라서, 일산화탄소 가스가 캡슐화되는 버블-상 입자의 생성으로 인한 겉보기 믿도와 가공밀도의 강하현상이 야기된다.

더욱이, 위의 화합물을 강압하 소결하고 최대 소결시간이(보통 공업적으로 채택되는) 4시간일 경우 소결재의 탄소함량은 0.02 무거1 % 이하로 감소될 수 없고 따라서 자기특성이 저하되기 때문에 철-코발트-형합금분말 또는 철-코발트-바나듐-형 합금분말에서 합금화된 탄소함량은 1.00 무게 % 이하로 제한한다.

실리콘 함량, 망간 함량, 망간/실리콘 비율을 각각 1.0 무게 % 이하, 2.00 무게 % 이하, 1.00 이상으로제한하는 이유는 다음과 같다. 실리콘 함량과 망간 함량은 각각 1.00 무게 % 이하 그리고 2.00 무게 % 이하로 제한하며, 이러한 수치는 철-코발트-형 또는 철-코발트-바나듐-형 소결재의 포화 자화 플럭스 밀도가 단일 조성의 철 소결재의 것보다 높은 한계치에 상응한다.

예를들면, 제8도에 나타난 바와 같이, 워터 젯을 사용해 용융물을 분무화시켜 얻은 상기 합금분말의 경우 망간/실리콘 비율이 1.00 이상일 때 그의 겉보기 밀도와 가공밀도가 증가하고 점도온도가 떨어짐을 알수 있다.

따라서, 분말에서 구형입자의 형성이 일어나게 된다.

또한, 망간/실리콘 비가 1.00 이상일 경우, 소결밀도가 증가하고 입자의 표면조건이 상당해지기 때문에 망간/실리콘 비를 1.00 이상으로 제한하게 된다.

한편, 용융물중의 망간 함량이 증가한다면, 분무화 단계시 입자의 표면에 저웅점의 MnO가 생성되고 입자가 응고화하기 전에 입자표면층의 융점이 떨어지기 때문에 분무화된 입자의 표면장력이 증가하고 점도가 떨어져서 결과적으로 구형입자의 형성이 야기된다.

MnO는 화합물의 탄소함량이나 용융물의 합금화된 탄소의 함량에 의해 일산탄소로 환원되기 때문에 위의 화합물이 약 1400℃에서 감압하 소결되는 한 소결이 방해받지 않는다.

이와는 반대로, 분무화 단계시 입자의 표면에는 실리콘에 의하여 점성질의 실리콘 디옥사이드가 생성되어 입자의 형태가 불균일하게되고 또한 이러한 실리콘 디옥사이드는 약 1400℃의 온도 및 강압하에 탄소와 반응하여 일산화탄소로 거의 환원되지 않기 때문에 소결이 방해받는다.

따라서, 분무화 단계시 상당한 소결성을 부여하는 입자의 표면을 얻고 구형입자의 형태를 취할 수 있게할 목적으로 망간/실리콘 비율을 1.00 이상으로 제한한다.

코발트 함량을 15-60 무게 %로 제한하는 이유는 다음과 같다. 잉곳 강의 경우와 같이, 코발트는 철을 대체시킴으로써 포화 자화 플럭스 밀도(Bs)를 증가시키는 효과를 부여한다. 고렇지만, 이러한 효과는 코발트 함량이 15 무게 % 미만이거나 60 무게 %를 능가한다면 약해지기 때문에 코발트 함량을 15-60 무게 %로 제한한다.

철-코발트-형 합금분말은 위에서 언급한 조성으로 이루어졌을 지라도 다음의 성분을 첨가하면 그 효과를 더욱 개선시킬 수 있다.

바나듐 함량을 1.0-4.0 무게 %로 제한하는 이유는 다음과 같다.

잉곳-강의 경우와 같이 바나듐은 소결재료의 특정한 내성을 개선시키는 효과를 부여한다. 그렇지만, 이러한 효과는 만일 바나듐 함량이 1.0 무게 % 이하이다면 줄어들고 항자력(11c)이 가파르게 증가하기 때문에, 그리고 4.0 무게 %를 넘으면 물질의 자기력이 영향을 받기 때문에 바나듐 함량을 1.0-4.0 무게 %로 제한한다.

바나듐과 함께 합금화된 용융물은 턴디쉬 노즐을 통과할 때 용융물의 온도가 떨어지기 때문에 V₂O₃가 턴디쉬 노즐에 침전, 노즐 구멍을 막히는 결과가 생길지라도, 용융물의 산소함량을 V-O 탈산화반응 한계치 아래로 조정하는 것이 가능하다. 여기서 산소 함량은 용융물이 턴디쉬 노즐을 통과할 때 용융물 온도에서 평형에 도달하기 때문에 노즐의 막힘현상을 피할 수 있다.

이러한 점에서 볼 때, 탄소, 실리콘 및 망간이 용융물과 단독적으로 또는 어떠한 조합으로 합금화되도록 분무화시켜 합금분말을 제조하는 경제적 관점에서 이는 매우 유익하다. 여기서 합금화되는 수준은 망간이 2.00 무게 % 이하, 실리콘 1.00 무게 % 이하, 및 탄소가 1.00 무게 % 이하의 수준이다.

또한, 다음의 성분을 첨가하면 더욱 우수한 철-코발트-형 합금분말을 얻을 수 있다.

보론과 인의 함유량을 각각 0.02-1.00 무게 % 그리고 0.05-1.00 무게 %로 제한하는 이유는 다음과 같다. 보론과 인을 용융물에 첨가하여 용융물중의 성분 모두와 조합으로 또는 단일 성분과 합금화 될때 보론과 인은 구형입자 형태를 지닌 분무화된 입자생성의 효과를 가져다 줄지라도, 이러한 효과는 만일 보론 함량이 0.02 무게 % 미만이고 인의 함량이 0.05 무게 % 미만이라면 줄어들게 되고, 특히는 소결재의 최대자기 투과도(μmax)와 항자력(Hc)이 줄어들게 된다. 따라서, 보론과 인의 함량을 각각 0.02-1.00 무게% 및 0.05-1.00 무게 %로 제한한다.

한편, 망간의 경우와 같이, 분무화 단계시 보론과 인이 용융물과 합금화됨으로써 부여된 구형입자의 형성효과는 입자표면에 생성된 산화보론과 산화인에 야기되는 표면점도와 저하 그리고 응점의 저하에 기여하고, 소결밀도의 증가는 보론과 인이 용융물과 합금화됨으로 인한 확산 촉진효과에 기여하여, 그리고 입자의 표면에 과잉의 산화보론과 산화인이 존재하면 소결이 방해를 받는다고 추론한다.

평균입자의 크기를 20마이크론 이하로 제한하는 이유로 다음과 같다. 표 8에 나타난 바와 같이, 위의 합금분말로부터 제조된 최종 소결재의 밀도와 자기특성은 위의 합금분말의 평균직경에 의해 강한 영향을 받는다.

만일, 평균입경이 20마이크론을 넘는다면 상대 소결밀도비가 92% 이상인 밀폐기공으로 구성된 소결재를 제조할 수 없는 그리고 자기특성(최대 포화 자학 플럭스 믿도, 최대 자기 투과도, 및 항자력)이 현저하게 저하하기 때문에 평균입경을 20마이크론 이하로 제한한다.

(B) 사출성형 화합물

(1) 스테인레스강 분말로부터 제조한 화합물

본 발명에 따른 화합물온, 탄소함량이 0.1-1.0 무게 %이고 평균입경이 20마이크론 이하인 스테인레스강분맡과 결합제로 이루어져 있으며 사출성형성이 매우 우수하다.

본 발명에서 사용한 결합제는 그의 주구성물질이 열가소성수지류, 또는 왁스류, 또는 이들의 혼합물인 유기 결합제이며, 이는 필요할 경우, 가소제, 윤활제, 탈결합제 촉진제 및/또는 무기 결합제와 함께 사용할수 있다.

열가소성수지류는 아크럴, 폴리스티 렌, 폴리프로필렌, 및 폴리에틸렌 중에서 선택된다.

왁스류로는 자연확스[예, 비왁스(beewex), Japan wax; 및 몬탄왁스, 그리고 합성왁스(예, 저분자량 폴리에틸렌, 마이크로스탈린왁스, 및 파라핀왁스)를 사용할 수 있다.

가소제는 실질적인 파트를 구성하는 왁스 또는 위의 왁스류와 같은 것의 조합을 기준으로 하여 선택하며, 디-2-에틸헥실프탈레이트(DOP), 디에틸프랄레이트(DEP), 디-n-부틸프탈레이트(DHP)등을 사용할수 있다.

윤활제로는 고급 지방산, 지방산 아미드, 지방산 에스테르 등을 사용할 수 있고, 필요에 따라 대체 윤활제로 왁스류를 사용할 수 있다.

탈결합 촉진제로는 장뇌와 같은 승화성 물질을 사용할 수 있다.

바인더에 대한 스테인레스강 분말의 비에는 특정한 제한이 없을지라도 화합물의 전체 부피에 대하여 결합제 함량을 40-50부피 %로 함이 바람직하다.

상기의 금속성 분말과 결합제를 혼합 및 분쇄하는 데는 배치형 분쇄기 또는 연속식 분쇄기를 사용할 수있다. 배치형 분쇄기로는 가압 분쇄기 그리고 벤버리(Banbury) 분쇄기가 적합하며, 연속식으로는 쌍스크류 압출기가 적합하다.

(2) 실리콘-함유 합금분말로부터 제조한 화합물

본 발명에 따른 화합물은 앞에서 설명한 합금강 분말과 결합제로 이루어져 있으며 사출성형이 매우 우수하다.

본 (2)항에서, 사용할 결합제의 종류, 결합제의 양, 그리고 사출성형법은 앞의 (1)항과 같다.

(3) 철-코발트 합금분맡로부터 제조한 화합물

본 발명의 화합물은 앞에서 설명한 철-코발트 합금강 분말 그리고 결합제로 이루어져 있으며 사출성형성이 매우 우수하다.

본 (3)항에서, 사용할 결합제의 종류, 양, 그리고 사출성형법은 앞의 (1)항과 같다.

(C) 본 발명의 금속분을 소결하여 제조한 소결재료

본 밭명에 따른 고밀도의 스테인레스강 소결체는 앞의 (A)-1 및 (A)-2에서 설명한 스테인레스강 분말을 소결시켜 제조한 것으로 탄소함량은 0.05 무게 % 이하이고, 참밀도에 대한 벌크밀도비(상대 소결밀도비)는 92% 이상이다.

상기 소결재료의 탄소함량을 0.05 무게 % 이하로 설정한 이유는 다음과 같다.

내부식성에 관해서 불순물로 여겨지는 극소량의 탄소가 미치는 영향은 유기산을 사용하는 부식실험으로 입증할 수 있다.

제7도에 나타난 바와 같이, 40% 아세트산과 1% 포름산의 비등하는 혼합물에 샘플을 넣고 부식속도를 측정한 결과 탄소함량이 0.05 무게 %를 넘을 때 부식속도가 현저하게 빨라졌다. 따라서, 본 발명의 스테인레스강 소결체에서 탄소함량을 0.05 무게 % 이하로 제한하였다.

상대 소결밀도비를 92% 이상으로 제한한 이유는 다음과 같다. 상대밀도비는 소결재료의 내부식성에 막대한 영향을 미치는 중요한 특성이다.

제5도 및 6도에 나타난 바와 같이, 페라이트-형 및 오오스테나이트-형의 경우에도 상대 소결밀도비가 92% 이상일 때에는 내부식성이 현저히 증가하였다.

이는 제3도에 나타난 바와 같이, 상대 소결밀도비가 92% 이상일 때 야기된 HIP(hot isostatic press)밀도의 증가로부터 알 수 있듯이 밀페기공을 지닌 입자의 구조 때문이다. 따라서, 본 발명의 스테인레스강소결체에서 상대 소결밀도비는 92% 이상으로 제한한다.

본 발명의 스테인레스강 재료는 다음의 방법으로 제조할 수 있다.

본 발명의 스테인레스강 분말 그리고 적절한 유기 결합제를 가압 분쇄기에서 분쇄하여 화합물을 제조한 다음, 사출성형장치를 이용해 사출성형시켜서 목적하는 바의 배열을 이룬 사출성형품을 얻는다. 이어서 여기서 얻은 사출성형품을 200-600℃의 온도에서 탈결합처리해 탈결합품을 얻는다. 위의 탈결합처리는 사출성형품의 형태를 변경시키지 않는 압력을 적용하면 되는데, 비산화성 분위기나 감압하에 수행할 수 있다.

본 발명의 스테인레스강 소결재료는 위의 탈결합품을 소결시켜 제조할 수 있다.

앞의 (A)-(3)에 설명된 철-코발트 합금분말을 소결시켜 얻은 본 발명의 자화 플럭스 밀도가 높은 철-코발트 합금 소결재료는 탄소함량이 0.02 무게 % 이하이고 참밀도에 대한 벌크 밀도비가 92% 이상이다.

상기 소결재료의 탄소함량을 0.02 무게 % 이하로 제한하는 이유는 다음과 같다.

불순물의 형태로 존재하는 탄소는 자기특성에 악영향을 미치며, 특히 최대 자기 투과도와 항자력에 역영향을 가쳐다 준다. 탄소함량이 0.02 무게 %를 넘을 때 최대 자기 투과도 그리고 항자력이 현저하게 떨어지기 때문에 탄소함량을 0.02 무게 % 이하로 제한하였다.

상대 소결밀도비를 92% 이상으로 설정하는 이유는 다음과 같다. 상개 소결밀도비는 소결재료의 포화 자화 플럭스 밀도(Bs), 최대 자기 투과도(μmax), 그리고 항자력(Hc)에 막대한 영향을 미치는 중요한 특성이다.

상대 소결밀도비는 고 값이 92% 미만일 때 포학 자확 플럭스 밀도, 최대 자기 투과도 그리고 항자력이 현저하게 떨어지기 때문에 그 값을 92% 이상으로 하였다.

제9도에 나타난 바와 같이, HIP에 의한 밀도의 증가에 관련된 실험에 따라 밀도는 상대 소결밀도비가 92% 미만일 매에는 증가하지 않는다는 사실을 발견함에 근거를 둔 결과, 위와 같은 경향은 밀폐기공을 지닌 입자의 구조에 영향을 미침을 밝혀냈다. 따라서, 소결재료가 밀폐기공으로 구성되어 있기 때둔에 상대소결밀도비를 92% 이상으로 제한하였다.

(D) 소결재료의 제조방법

본 밭명에 따른 위의 소결재료는 나음과 같은 방법으로 제조한다. 합금강 분말, 스테인레스강 분말, 또는 철-코발트 합금강 분말을 결합제와 함께 혼합하여 화합물을 제조하고, 이를 사출성형시킨 다음, 사출성형품을 소결하고 이어서 탈랍시킨다.

위의 단계에서, 소결단계의 첫번째 단계는 강압하에 진행시킨다. 여기서 얻은 사출성형품은 대기중이나 중성 또는 환원 가스 중에서 탈결합처리한다.

사출성형용 화합물을 사출성형시키고, 사출성형품을 탈결합시킨 다음 이어서 탈결합품을 소결하는 단계에서는 최소한 소결단계의 첫단계를 감압하에서 진행시킴이 필요하다.

여기서 "소결단계의 첫단계"란 소결재료의 밀도비가 약 90%에 도달하기 전에 과정을 의미한다.

그 이유는 소결재료의 밀도비가 90%를 넘을 때 소결재료 기공의 대부분이 밀폐기공으로 되고 또한 환원시 그리고 후에 설명할 감압하에서 진행되는 탈탄소와 반응시 발생된 일산화탄소 가스로부터 분리시키기 어렵기 때문이다. 따라서 위의 반응이 진행되는 것을 효율적으로 억제해야 한다.

소결시의 분위기는 소결시 원자의 확산을 방해하는 크로뮴 등의 산화울의 환원시킬 수 있고 또한 탈결합처리후 탈결합품에 다량 함유된 탄소를 제거할 수 있는 것이어야 한다.

이러한 조건에 맞는 것으로는 보통 스테인레스강 소결재료의 제조시와 같은 수소 또는 감압 분위기를 들수 있다.

그럼에도 불구하고, 환원 반응과 탈탄소화 반응은 수소중에서 각각 다음과 같이 진행하기 때문에, pH₂O/pH₂가 낮을수록 환원 탈탄소화 반응이 빨라진다:

따라서, 위의 두 반응이 농시에 효과적으로 진행되도록 하는 것은 매우 까다롭다. 특히, 예를를면 환원이 어려운 크로뮴 옥사이드가 함유된 스테인레스강의 경우에는 수소 분위기가 반응에는 좋지 못하다.

반면에, 환원 및 탈탄소화 반응은 감압 분위기 중에서 다음과 같이 동시에 진행하기 때문에 일산화탄소가스를 배출시키면 반응이 효율적으로 진행될 수 있다;

더욱이, 수소와 비교해 볼 때 최종 소결재료에 함유된 산소와 탄소의 양은 감압 이하로 줄어드는 경향이 있기 때문에 소결은 본 발명에 따른 제조방떱에 대한 감압하에 진행시킨다.

크로뮴 옥사이드 중에서 환원 및 탈탄소화 반응을 야기시켜 효울적으로 진행되로록 하기 위해서는, 감압분위기의 압력을 0.01torr 이하, 그리고 온도범위는 1100-1350℃로 함이 좋다.

감압 분위기는 환원 및 탈탄소학 반응이 진행중인 단계에서만 필요하기 때문에, 위의 반응완료 후 단계에서는 감압하 분위기를 불활성 가스(질소, 아르곤)와 같은 비산화싱 분위기 그리고 보호분위기로서 저노점수소 분위기로 대체시킴이 바람직하다.

위에서 설명한 바와 같이, 감압하에서 소결을 함으로써 내부식성이 우수한 그리고 탄소함량이 낮고 산소함량이 낮은 스테인레스강 소결체를 효율적으로 제조할 수 있다.

[실시예]

본 발명의 실시예는 다음과 같으며 단, 본 발명이 여기에 국한되는 것은 아니다.

[실시예 1 및 비교예 1]

탄소가 함유된 것으로 다음의 표 1과 같은 조성으로 이루어진 스테인레스강 분말을 물을 사용한 분무화 방법에 의해 제조한다. 분말특성의 시험 결과는 표 2에 나타나 있다.

[표1]

다음의 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 방법으로 제조한 No.1-No.4의 분말은 그의 가공밀도와 벌크 밀도가 증가하였으며, 비표면적이 감소하였고, 그리고 그의 입자형태가 구형으로 되었음을 알 수있다. 이는 모든 분말이 평균입경과 입자크기 분포에 관해 일반적으로 등가임에도 불구하고 나타난 결과이다.

위의 분말 특성은 사출성령성의 직접 평가를 나타내는 것인 반면, 위의 분말을 유지 결합제(46 부피 %를 차지)와 함께 혼합하여 제조한 화합물의 직접 평가 결과는 다음의 표 2에 나타나 있다.

위의 평가에는 동등량의 왁스형 결합제를 각 분말의 샘플에 가하고 이어 이를 함께 소결하여 제조한 화합물의 점도를 측정함으로써 특정한 점도가 도달될 수 있고 온도수준이 나타나 있다. 여기서는 온도가 낮을수록 점도가 낮아진다. 한편, 화합물에 대한 위의 평가를 통해서는, 본 발명에 따라 제조한 No.1-No.4의 분말은 분말 특성의 변화와 마찬가지로 화합물 점도에서의 효과적인 하향을 보여줌이 밝혀졌기 때문에 본발명의 스테인레스강 분말은 사출성형성이 뛰어남이 아울러 입증되었다.

더욱이, 비교예 5 및 6에서 스테인레스강 분말의 것보다 작은 양의 유기 결합제는 동일한 비교예에서의 것과 같은 점도수준을 지닌 화합물을 얻는데 충분하다.

점도측정용 샘플로 사용한 화합물을 145℃의 사출노즐온도 및 30℃의 몰드온도에서 폭 40mm, 길이 20mm 및 두께 2mm의 시펀으로 사출성형시킨 다음, 사출성형뮴을 탈결합처리한다. 탈결합처리시에는 사출성형품을 실온에서 600℃까지 시간당 10℃의 속도로 가열한 다음 1시간 방치한다.

한편, 탈결합뮴은 0.0001torr의 감압하에서 1300℃의 온도로 4시간 소결시킨다.

소결품의 탄소함량은 표 2에 추가로 나타나 있다. 본 발명의 스테인레스강 분말을 사용할 경우 탄소함량을 극소로 하여야 한다. 그러나, 탄소가 1.2%, 함유된 대조용 강분 No.5를 사용할 경우에는 그의 소결된 형태에서 층분히 감소된 그의 탄소함량을 지닐 수 없다.

[실시예 2 및 비교예 2]

표 3에 나타난 조성의 스테인레스강 분말을 몰 분무화법에 의하여 제조한다.

분말특성의 결과는 표 4에 요약되어 있다. 그리고 소결조건을 제의하고 실시예 1에서와 같은 조건하에 제조한 소결품에 대한 결과는 표 4에 나타나 있다. 소결은 2단계로 진행시킨다. 첫깨 단계에서는 0.0001torr의 감압하에 1135℃에서 2시간, 그리고 둘깨 단계에서는 첫단계후 즉시 진행하는데 1.02atm의 아르곤 가스하에 1350℃에서 2시간 진행한다.

표 3 및 4로 부터는, 본 발명에 따른 강분의 사출성형성이 매우 우수하여 통상적인 제묻과 비교했을 때 견줄만한 특성을 지닌 소결품을 가져다줌을 알 수 있다.

본 발명에 따라서는, 사출성형에 적합한 구형의 입자형태를 지닌 스테인레스강 분말을 제공할 수 있으며, 또한 복잡한 배열을 한 스테인레스강 소결품을 쉽게 제조할 수 있기 때문에 본 발명의 스테인레스강 소결체의 적용범위를 확장시킬 수 있다.

[실시예 3 및 비교예 3]

물 분무화법으로 제조하여 얻은 고밀도 소결용의 본 발명에 따른 스테인레스강 분말, 페라이트-형 스테인레스강 분말, 즉 오오스테나이트-형 스테인레스강 분말을 소결하여 제조한 소결재료에 대한 본 발명의실시예는 그에 따른 비교예와 함께 표 5-7에 나타나 있다. 턴디쉬의 바닥에 있는 내화벽돌로 축조된 오리피스 노즐을 통하여 잉곳 페라이트-형 스테인레스강 합금 및 오오스테나이트-형 스테인레스강 합금용융물을 수직으로 떨어뜨린 다음, 상기 드립(drip)의 축을 에워싸고 있고 아래 방향으로 좁아지는 1000kgf/cm²압력의 원뿔형 워터 젯을 적용하여 용융물을 분무화 시킴으로써 각자의 화학조성을 지닌 페라이트-형 스테인레스강 합금분말과 오오스테나이트-형 스테인레스강 분말을 제조할 수 있다.

여기서 얻은 스테인레스강 합금분말에 대한 평균입경(여기서 평균입경이란 미립자측에서 누적체적이 전체부피의 50% 수준에 도달하는 입자크기 그룹의 입경을 의미함), 겉보기 밀도 및 가공밀도를 마이크로트랙(Microtrack)-급 분석기를 사용해 분석한다.

다음으로는, 플로우 테스터(flow tester)상에 장착된 것으로 직경 1mm 및 길이 1mm의 다이를 통해서 10kg 하중하에 화합물을 압출시켜 점도 온도(점도가 100 포아제에 도달하는 온도)를 측정한다. 여기서의 화합물은 상기의 함금분말을 왁스형 유기 결합제와 함께(결합제의 혼합비는 46 부피%)혼합, 분쇄하여 제조한 것이다.

점도측정용 샘플로서 사용한 것과 같은 화합물을 145℃의 사출노즐온도 및 30℃의 몰드온도하에 폭 40mm, 길이 20mm 및 두께 2mm 시편으로 사출형시킨다. 이어서 사출성형풍을 탈탑처리한다. 여기서는 사출성형품을 시간당 10℃의 상승속도로 실온에서 600℃까지 가열한 다음 1시간 방치한다.

다음으로 탈랍뮴은 0.0001torr의 압력하에 1300℃에서 4시간 소결시킨다.

여기서 얻은 소결품에 대해서는 물에 잠겨있는 샘플의 무게를 달아 비중을 측정하고 이어서 상대 소결밀도비를 측정한다.

한편, 같은 조건하에 제조한 다른 소결재료에 대해서는 그의 탄소함량을 분석한다.

또한, 샘플로서 다른 소결재료를 사용하여 제3도에 나타난 바와 같은 HIP 처리에 의한 밀도의 증가를 측정하고, 이어서 제4도-7도를 통해 나타난 바와 같은 부식시험을 수행하여 내부식성을 측정한다. 그리고 제8도에 나타난 바와 같이 다른 소결재료에 대해서 절삭시험을 수행한다.

표 5에서 실시예 3의 No.1-No.19 그리고 표 7에서 실시예 3의 No.55-No.69에 나타난 바와 같이, 평균입경이 20마이크론 이하이며 크로뮴 함량이 8.0-30.0 무게 %인 페라이트-형 스테인레스강 분맘의 경우[단 상당량의 탄소(0.01-0.02 무게 %)가 함유되어 있지 않거나, 탄소가 함유되어 있다면 탄소함량은 1.20 무게 %이고, 실리콘 함량은 0.20 무게 %이며 망간/실리콘 비는 1.00 이상임], 그리고 평균입경이 20마이크론 이하이고 크로뮴이 8.0-30.0무게%이며 니켈이 8.0-22.0무게%인 오오스테나이트-형 스테인레스강 분말의 경우에는, 망간/실리콘의 비가 증가함에 따라 겉보기 밀도와 가공밀도가 높은 값을 기록하고 또한 화합물의 점도가 낮은 값을 기록한다. 따라서, 분말에서는 구형의 입자가 형성되며 그의 사출성형성이 우수해짐을 알 수 있다. 여기서는 탄소함량이 0.05무게% 이하이고 상대 소결밀도비가 92%. 이상인 소결재료를 제조하였다.

표 5에서 실시예 3의 No.20-No.38, 표 6에서 실시예 3의 No.50-No.54, 및 표 7에서 실시예 3의 No.70-No.88에 나타난 바와 같이, 니켈, 몰리브네늄, 구리, 주석, 황, 셀레늄 및 텔루듐을 단독적으로또는 조합으로 함유하고 있는 본 발명의 스테이레스강 분말은, 구형입자의 분말이고, 또한 소결시 탄소함량이 0.01무게%이고 상대 소결밀도비가 92% 이상인 소결재료를 가져다주는 분무화된 분말이다.

표 6의 실시예 3에서 No.50-No.54에 나타난 바와 같이, 평균입경이 20마이크론 이하인 본 발명에 따른 니켈-함유 페라이트-형 스테인레스강 분말의 경우 그의 상대 소결밀도비가 비록 감소할지라도, 그의 겉보기 밀도와 가공밀도는 평균입경이 증가함에 따라 함께 증가하며 화합물의 점도는 감소하게 된다.

한편, 평균입경이 20마이크론 미만일때에는, 상대 소결밀도비가 92% 이상이고 내부식성이 우수한 소결재료를 얻었다. 평균입경과 상대 소결밀도비의 관계는 또한 오오스테나이트-형 스테인레스강 분말과 이로부터 얻은 소결재료에 적용할 수 있다.

100kgf/cm²로 유지되는 아르곤 가스중에서 1350℃의 온도하에 1시간 수행하여 HIP 처리한 소결재료의 상대 밀도비, 그리고 표 5 및 표 7에서 본 발명의 실시예인 실시예 3의 No8-No.61에 나타난 오오스테나이트-형 스테인레스강 분말과 페라이트-힝 스테인레스강 분말로부터 만든 화합물을 사출성형시킨 다음 이 사출성형품을 1250-1350℃의 온도에서 4시간 소결시켜 제조한 샘플에서 측정한 것으로 상기 HIP 처리후의 상대 밀도비 관계는 제3도에 나타나 있다.

제3도에 나다나 있는. 바와 같이, 상대 밀도비가 92% 이상일때 소결재료에 있는 서로 내통하는 기공이 밀폐기공으로 되며 HIP 처리후의 상대 밀도비는 더욱 개선됨을 알 수 있다,

평균입경이 8.0-9.0마이크론이고 크로뮴 함량이 5.0-33.0무게%, 실리콘 함량이 0.02-0.70무게%, 망간함량이 1.00무게% 및 황함량이 0.01무게%이고 나머지는 거의 철인 조성의 페라이트-형 크롬-함유 강분말로부터 제조한 화합물을 사출성형시키고 이어서 10-4torr이 압력 및 1350℃에서 감압소결시켜 얻은 소결재료로서 밀폐기공으로 구성되어 있고 상대 밀도비가 95%인 소결재료를 이용하여 비등하는 60% 질산용액에서 내부식성 시험을 수행한 결과는 제4도에 나타나 있다.

제4도로부터 크로뮴 함량이 8.0% 이상일때 부식속도가 현저히 감소하며, 크로뮴 함량이 30.0무게%를 넘을 경우에도 부식속도가 개선되는 효과가 제공되지 않음을 알 수 있다.

평균입경이 8.0-9.0마이크론이며 기본 합금조성이 크로뮴 18.23무게%, 탄소 0.02무게%, 실리콘 0.70무게%, 망간 1.00무게%, 인 0.02무게%, 및 황 0.01무게%이고 나머지는 거의 철이며 니켈이 0.8-5.0무게%, 몰리브데늄이 0.2-5.0무게% 및 구리가 0.2-6.0무게%씩 단독적으로 또는 조합으로 첨가된 페라이트-형 스테인레스강 분말로부터 제조한 화합물을 사출성형시키고, 이어서 사출성형뮴을 10^-4-4torr의 압력, 1250-1350℃의 온도에서 4시간 소결시켜 얻은 소결재료로서 상대 밀도비가 90% 이상인 소결재료를 이용해 25℃로 유지되는 1% 황산용액중에서 수행한 내부식시험의 결과는 제5도에 나타나 있다.

제5도에 나타난 바와 같이, 입자는 밀폐기공으로 구성되어 있기 때문에 92% 이상의 상대 밀도비에서 부식속도가 현저히 감소함을 알 수 있다.

밀폐기공으로 인한 95%의 상대 밀도비에서는, 니켈함량이 4.0무게%를 넘고, 몰리브네늄 함량이 4.0무게%를 넘고, 또는 구리함량이 5.0무게%를 넘을지라도, 그리고 이에 따라 어떠한 내부식성 개선효과가 비록 제공되지 않을지라도, 니켈함량 1.0무게% 이상, 몰리브데늄 함량 0.3무게%이상, 구리 함량 0.5무게% 이상이 단독적으로 또는 서로의 조합으로 이루어졌을때 부식속도가 현저히 감소한다.

표 7에서 본 발명의 실시예인 실시예 3의 No.61에 기록된 오오스테나이트-형 스테인레스강 분말로부터 제조한 화합물을 사출성형시키고, 이어서 이의 사출성형품을 10-4torr의 압력, 1250-1350℃의 온도하에 4시간 소결시켜 얻은 소결재료로서 상대 밀도비가 90% 이상인 것을 비등하는 60% 질산용액중에서 수행한내부식성 시험결과는 제5도에 나타나 있다.

제6도에 나타난 바와 같이, 오오스테나이트-형 스테인레스강의 부식속도는 92% 이상의 상대 밀도비에서 현저히 감소하여 소결개료는 밀폐기공으로 구성되었음을 알 수 있다.

평균입경이 8.0-9.0마이크론이고 기본 합금 조성이 크로뮴 18무게%, 니켈 14무게%, 몰리브데늄 2.5무게%, 실리콘 0.70무게%, 망간 1.00무게%, 인 0.02무게%, 및 황 0.01무게%, 나머지는 거의 철이며(소결시 탄소함량 0.03무게%), 니켈 4.0-25.0무게%, 몰리브네늄 0.3-5.0무게%, 구리 0.4-6.0무게%, 및 탄소 0.01-0.08무게%가 단독으로 또는 조합적으로 함께 첨가된 오오스테나이트-형 스테인레스강 운말로부터 제조한 화합물을 사출성형시켜 사출성형품을 얻고 이 사출성형품을 10-4torr의 압력 및 1350℃의 온도에서 4시간 소결시켜 얻은 소결재료로서 상대 밀도비가 95%인 것을 사용해 40% 아세트산-1% 포름산의 비등하는 혼합물중에서 수행한 부식시험의 결과는 제7도에 나타나 있다.

제7도로부터는, 니켈 8.0무게% 이상, 몰리브데늄눔 0.3무게% 이상, 구리 0.5무게% 이상, 탄소 0.05무게% 이하가 단독 또는 조합으로 함유되었을때 부식속도가 현저히 감소되며, 니켈이 22.0무게%, 몰리브데늄이 4.0무게%, 그리고 구리가 5.0무게%를 각각 넘을때에도 부식속도의 개선에는 어떠한 효과도 나타나지 않았음을 알 수 있다.

평균입경이 8.0-9.0마이크론이고 기본조성이 실리콘 0.70무게%, 망간 1.00무게%, 크로뮴 18무게%인 페라이트-형 스테인레스강 분말, 그리고 평균입경이 8,0-9.0마이크론이고 기본조성이 실리콘 0.70무게%, 망간 1.00무게%, 크로뮴 18무게%, 니켈 14무게%인 오오스테나이트-형 스테인레스강 분말[위의 두 분말에는 주석 0.03-2.5무게%, 황 0.01-0.60무게% 및 텔루륨 0.025-0.25무게%가 단독 또는 조합으로 첨가되어 있띠로부터 제조한 화합물을 사출성형시키고, 이어서 사출성형품을 10^-4torr의 압력 및 1350℃의 온도에서 4시간 소결시켜 얻은 소결재료를 사용하여 410m/s의 속도로 회전하는 SKH-9의 드릴(직경 1mm)을 이용해 수행한 드라이 드릴렁/절삭 시험의 결과는 제8도에 나타나 있다.

제8도로부터는, 주석, 황, 셀레늄 및 텔루륨의 함량이 각각 2.00무게%, 0.50무게%, 0.20무게% 및 0.20무게%를 초과할 경우 절삭 토크의 개선효과가 비록 나타나지 않을지라로 주석 0.05무게% 이상, 황 0.02무게% 이상, 셀레늄 0.05무게% 이상, 텔루륨 0.05무게% 이상이 단독 또는 조합으로 함유되었을때 절삭토크가 현저히 감소함을 알 수 있다.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 기본 용융물 조성이 크로뮴 8.0-30무게%이고 니켈 8.0-22.0무게%인 것으로부터 탄소, 실리콘, 및 망간/실리콘 비가 각각 1.20무게% 이하,0.20무게% 이상, 및1.00 이상이 되도록 조정된 용융물을 분무화시켜 미세분말의 표면조건을 변경시키고 또한 구형입자의 형태를 달성시킴으로써 사출성형성과 소결성이 개선된 평균입경 20마이크론 미만의 스테인레스강 미세분말을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 현저하게 개선된 내부식성을 지니며 상대 밀도비가 92% 이상이고 탄소함량이 0.05무게% 이하인 우수한 소걸재료를 얻을 수 있는 스테인레스강 분말을 제조할 수 있으며, 또한 페라이트-형의 경우 1.0-4.0무게%의 니켈이 합금화되고 페라이트-형 또는 오오스테나이트-형의 경우 하나 또는 모두의 몰리브데늄 및 구러가 각각 0.3-4.0무게% 및 0.5-5.0무게% 합금화된 평균입경 20마이크론 이하의 미세분말의 형태로 위의 용융물을 분무화시켜서 위의 소결재료를 얻기 외한 스테인레스강 분말을 제조할 수 있다.

더욱이, 본 발명에 따르면 상대 밀도비가 92% 이상이고 탄소함량이 0.05무게% 이하이며 절삭 특성이 현저히 개선된 우수한 소결재료를 얻을 수 있는 스테인레스강 분말을 제조할 수 있고, 또한 페라이트-형 또는 오오스테나이트-형의 경우 하나 또는 그 이상의 황, 셀레늄 및 텔루륨이 각각 0.05-2.00무게%, 0.05-0.20무게% 및 0.05-0.20무게%씩 위의 용융물과 합금화된 평균입경 20마이크론 미만의 미세분말 형태로 위의 용융물을 분무화시켜 위의 소결재료를 얻기 위한 스테인레스강 분말을 제조할 수 있다.

[실시예 4 및 비교예 4]

모두가 물 분무화법에 의해 얻어진 철-코발트-힝 합금분말 및 철-코발트-바나듐-형 합금분말을 소결시켜 제조한 포화자화 플럭스 밀도가 높은 소결재료의 특성이 비교예와 함께 표 8에 나타나 있다.

고주파 유도로를 사용해 제조한 잉곳-철-코발트-형 및 철-코발트-바나듐-형 강의 용융물을 턴디쉬 바닥에 있는 내화벽돌로 축조된 오리피스 노즐을 통하여 수직으로 떨어뜨리고, 이어서 드립의 축을 에워싸고 있고 아래방향으로 좁아지는 100kgf/cm²압력의 원추형 워터 궷을 사용해 위에서 떨어진 용융물을 분무화시킴으로써 표 8에 나타난 각 화학조성을 지닌 철-코발트-형 및 철-코발트-바나듐-형 합금분말을 제조한다.

여기서 얻은 합금분말은 마이크론트랙-급 분석기를 사용해 그의 겉보기 밀도, 가공밀도 및 평균입경(여기서 평균입경이란 미립자축에서 누적체적이 전체부피의 50% 수준에 도달하는 입자크기 그룹의 입경을 의미함)을 마이크론 트랙-급 분석기를 사용해 분석한다.

다음으로는, 각 합금분말을 왁스형 유기 결합제와 함께 혼합, 분쇄하여(결합제의 양은 46부피%) 제조한 화합물을 플로우 테스터상에 구비된 직경 및 길이가 각각 1mm인 다이를 통해서 10kg 하중하에 압출시켜점도온도(점도가 100poise에 도달하는 온도)를 측정한다.

그리고는, 상기 화합물을 150℃의 사출성형온도하에 사출성형장치를 이용하여 외경 53mm, 내경 41mm 및 높이 4.7mm의 고리형태로 사출성형시키고, 여기서 얻은 사출성형품을 질소중에서 탈랍처리한다. 탈랍처리는 시간당 7.5V의 속도로 600℃까지 가열시킨 다음 30분간 방치하는 단계로 이루어진다.

탈랍단계 다음에는 탈랍된 재료를 수소중에서 소결시킨다. 이는 분당 5℃의 상승속도로 최고 700℃까지 가열한 다음 700℃에서 1시간 방치하고, 다시 950℃에서 1시간 및 1350℃에서 2시간 방치하는 단계로 이루어진다. 950℃까지 노점(dew point)을 +30℃까지 조절하고, 위의 팬드 포인트를 넘어서는 노점을 -20℃이하까지 조절한다.

여기서 얻은 소결재료는 물에 잠겨 있는 샘믈의 무게를 달아 비중을 측정하고, 이어서 상대 소결밀도비를 계산한다.

또한, 동일한 조건하에 제조한 샘플을 자기특성용 자기-기록(self-registering) 자화플럭스 기록계를 사용해 측정한 결과는 표 8에 나타나 있다.

표 8에서 실시예 4의 No.1-No.18을 통해서는, 평균입경이 20마이크론 이하이고 코발트 함량이 10-60무게%이며 기본조성이 탄소 1.00무게% 이하, 실리콘 1.00무게% 이하, 망간 2.00무게% 이하, 및 망간/실리콘 비가 1.00이상인 본 발명의 철-코발트-형 합금분말의 경우에는 그의 겉보기 밀도와 가공믿도는 망간함량, 탄소함량 및 망간/실리콘 비가 증가함에 따라 함께 증가함을 알 수 있다.

더욱이, 위의 분말로부터 제조한 화합물은 낮은 점도값을 나타내며(점도는 온도가 떨어지면 줄어듬), 반면에 분말에서 구형입자의 형태가 달성되기 때문에 우수한 사출성형성을 지닌다.

여기서는 탄소함량이 0.02무게% 이하이고 상대 소결밀도비가 95%인 소결재료를 얻을 수 있다. 그러므로, 자기특성(포화자화플럭스 밀도, 최대 자속 투과도, 및 항자력)이 매우 우수한 소결재료를 얻을 수 있다.

표 8에서 실시예 4의 No.19-23에서는, 바나듐 함량이 1.0-4.0무게%인 본 발명의 철-코발트-바나듐-형 합금분말의 경우에, 구형입자의 형태를 취하며 사출성형성이 우수한 분무화된 입자분말을 제조할 수 있음을 알 수 있다. 즉, 실리콘함량과 망간함량을 증가시키고 이어서 용융물에 의한 노즐의 막힘현상을 방지하는 관점에서 볼때 바나듐을 용융물과 함께 합금화시키는 방법에 따라 망간/실리콘 비를 1.00이상까지 조절하여 위의 분무화된 분말을 제조할 수 있다.

여기서는, 탄소함량이 0.01무게%이고 상대 밀도비가 95%이며 자기특성(Bs,μmax,Hc)이 뒤어난 소결재료를 얻을 수 있다.

표 8에서 실시예 4의 No.24-No.33에서는, 조성이 보론 0.02-1.0무게%이고 인이 0.05-1.00무게%인 본 발명의 철-코발트-바나듐-형 분말의 경우에, 보론과 인이 첨가되지 않은 경우(실시예 4의 No.3)와 비교할때, 보론과 인이 용융물과 함께 합금화됨으로 인하여 겉보기 밀도와 가공밀도가 증가하고 이로부터제조한 화합물의 점도가 감소함을 알 수 있다.

소결시 탄소함량이 0.01무게%인 소결재료는 자기특성(Bs,μmax,Hc)이 매우 우수하고 충진도가 또한 매우 우수하며 상대 소결밀도비가 96%인 것을 얻을 수 있다.

표 8에서 실시예 4의 No.34-No.43을 통해서는, 평균입경이 20마이크론 이하인 본 발명의 철-코발트-형 합금분말의 경우, 상대 소결밀도비 그리고 자기특성(Hc,Bs,μmax)이 평균 입경이 커짐에 따라 비록 감소할지라도, 겉보기 밀도와 가공밀도가 평균입경의 증가에 따라 증가하며 이로부터 제조된 화합물의 정도는 평균입경의 증가에 따라 함께 감소함을 알 수 있다.

이와 같은 경향은 철-코발트-바나듐-형 합금분말에 적용할 수 있다.

여기서는 평균입경이 20마이크론 이하인 수준에서 자기특성이 매우 우수한 소결재료를 얻을 수 있다.

100kgf/cm²로 유지되는 아르곤 가스중에서 1350℃의 온도하에 l시간 HIP 처리를 한 소결재료의 상대 밀도비, 그리고 표 8에서 실시예 4의 No.3에 나타난 철-코발트-형 합금분말로부터 만든 화합물을 사출성형시켜 제조한 샘플을 사용해 측정한 것으로 HIP 처리후의 상대 밀도비 관계는 제9도에 나타나 있다.

제9도로부터는 상대 밀도비가 92% 이상일매 소결재료중의 기공은 밀폐기공으로 되며 HIP 처리후의 상대 밀도비가 더욱 개선됨을 알 수 있다.

[표 2]

[표 3]

[표 4]

[표 5] Cr계 스테인레스강 분말(#1)

[표 6] Cr계 스테인레스강 분말

[표 7] Cr-Ni계 스테인레스강 분말(#1)

[표 8] Cr계 스테인레스강 분말(#1)

앞서 설명한 바와같이 본 발명에 따르면, 철-코발트-형 및 철-코발트-바나듐-형 용융물로 부터 탄소, 실리콘, 망간 및 망간/실리콘 비가 각각 1.00무게% 이하, 1.00무게% 이하, 2.00무게% 이하 및 1.00이상이 되도록 조성이 조정된 용융물을 구형입자의 형태로 분무화시킴으로써 사출성형성과 소결성이 개선된 92% 이상의 상대 밀도비를 지닌 평균입경 20마이크론 이하의 소결재료를 얻을 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 보론과 인이 하나만 또는 모두가 0.02-1.00무게% 및 0.05-1.00무게%씩 각각 함께 합금화된 용융물을 평균입경 20마이크론 이하의 분말의 형태로 분무화시켜서 구형입자의 형성이 개선됨으로 인해 사출성형성과 소결성이 현저히 개선된 철-코발트-형 및 철- 코발트-바나듐-형 합금분말을 얻을 수 있다. 더욱이, 위의 분맏을 사용함으로써 상대 밀도비가 92% 이상이고 자기특성이 매우 우수한 소결재료를 아울러 얻을 수 있다.

Claims (16)

1. 분무화법에 의하여 제조한 것으로 평균입자크기가 20마이크론 또는 그 미만인 구형 입자의 형태를 취하고 있는 사출성형용 합금강 분말.
2. 제1항에서, 탄소함량이 0.1-1.0무게%인 사출성형용 합금강분말.
3. 제1항에서, 실리콘 함량이 0.20-1.00무게%이고 망간/실리콘 비율이 1.00이상인 사출성형용 합금강분말.
4. 실리콘 함량이 0.20-1.00무게%, 망간/실리콘의 비가 1.00, 탄소함량이 1.20무게%이하, 그리고 크로뮴 함량이 8.0-30.0무게%인 조성을 지닌 사출성형용 스테인레스강 분말.
5. 실리콘 함량이 1.00무게% 이하, 망간/실리콘 비가 1.00이상, 탄소함량이 1.00무게% 이하, 망간의 함량이 2.00무게% 이하, 그리고 코발트의 함량이 15-60무게%인 조성을 지닌 사출성형용 철-코발트 합금강 분말.
6. 고압수의 사용에 마르는 물 분무화법에 의하여 제1항에 설명된 사출성형용 합금분말을 제조하는 방법.
7. 고압수의 사용에 따르는 물 분무화법에 의하여 제2항에 설명된 사출성형용 합금분말을 제조하는 방법.
8. 고압수의 사용에 따르는 물 분무화법에 의하여 제3함에 설명된 사출성형용 합금분말을 제조하는 방법.
9. 고압수의 사용에 따르는 물 분무화법에 의하여 제4항에 설명된 사출성형용 합금분맡을 제조하는 방법.
10. 고압수의 사용에 따르는 물 분무화법에 의하여 제5항에 설명된 사출성형용 합금분말을 제조하는 방법.
11. 제4항에 설명된 사출성형용 스테인레스강 분말 그리고 하나 또는 그 이상의 결합제를 함유하고 있는 사출성형용 화합물.
12. 제11항에 설명된 사출성형용 화합물을 가공하여 얻은 소결재로로서 탄소함량이 0.05무게% 이하이고 상대 소결밀도비가 92% 이상인 스테인레스강 소결재료.
13. 제5항에 설명된 사출성형용 철-코발트-형 합금강 분말을 함유하고 있는 사출성형용 화합물.
14. 제13항에 설명된 사출성형용 화합물을 가공하여 얻은 소결재료로서 탄소함량이 0.2무게% 이하이고 상대 소결밀도비가 92% 이상인 철-코발트-형 합금강 소결재료.
15. 제11항에 설명된 화합물을 사출성형시키고, 이어서 사출성형품을 탈결합시킨 다음, 탈결합품을 소결할 시, 소결단계의 최소한 첫단계를 감압 분위기중에서 수행함을 특징으로 하는 소결재료.의 제조방법.
16. 제13항에 설명된 화합물을 사출성형시키고, 이어서 사출성형품을 탈결합시킨 다음, 탈결합품을 소결할시, 소결단계의 최소한 첫단계를 감압 분위기중에서 수행함을 특징으로 하는 소결재료의 제조방법.

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