WO2014104461A1 - Ｔｉ₂ＡｌＮ 벌크소재의 제조방법 및 마이크로 방전가공 방법 - Google Patents

Ｔｉ₂ＡｌＮ 벌크소재의 제조방법 및 마이크로 방전가공 방법 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing Ti 2 AlN bulk material having a MAX phase (Phases) by using a spark plasma sintering (SPS) method by mixing and synthesizing powders of Ti, Al and TiN.
  • SPS spark plasma sintering
  • the present invention relates to a micro discharge machining method for processing microstructures of hundreds to tens of micro units of materials thus produced.
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2011-0131686 et al. Discloses a method of manufacturing a coating film for such TiAlN material, but a method of making a bulk material is not yet known. That is, the study of the MAX phase (Phases) Ti 2 AlN bulk material is in a state without any research, and recently, a study on the coating of Ti 2 AlN has been occasionally reported as in the publication.
  • titanium alloy material is a chemically active metal, it has a disadvantage of shortening the life of the tool during cutting and a long time due to the low electrical conductivity during discharge machining, and the burning of the bulk material due to the low thermal conductivity. There is a problem that occurs. Titanium alloys have been actively used in various industries as materials for high temperature structural components. In particular, there are many difficulties in processing fine and deep holes such as cooling holes in aircraft turbine blades.
  • an object of the present invention is to provide a method for producing a MAX phase Ti 2 AlN bulk material having both excellent heat resistance and wear resistance of the ceramic while maintaining the advantages of the existing titanium alloy.
  • EDM Electro Discharge Machining
  • the present invention provides a method for manufacturing a MAX phase Ti 2 AlN bulk material by milling and spark plasma sintering method using titanium (Ti), aluminum (Al) and titanium nitride (TiN) powder as a raw material. do.
  • the present invention by mixing the powder of Ti, Al and TiN to synthesize a hybrid powder,
  • the present invention in the above, the plasma sintering step, MAX phase (Phases) Ti 2 AlN bulk material manufacturing method, characterized in that proceeds at a temperature of 1000 to 1500 °C at a vacuum degree of 0.1 to 0.5Pa.
  • the present invention provides a method for manufacturing a MAX phase Ti 2 AlN bulk material, characterized in that the mechanical pressure is applied to the sintered body in the plasma sintering step to 10 to 50MPa.
  • the present invention in the above, the synthesis of the mixed powder is mixed with an abrasion mill or mixer, MAX phase (Phases) characterized in that the inert gas in the mixing chamber to prevent oxidation of the mixed powder during mixing It provides a Ti 2 AlN bulk material manufacturing method.
  • MAX phase Phases
  • the present invention also provides a method for manufacturing a MAX phase Ti 2 AlN bulk material, characterized in that the mixing efficiency is increased by putting a plurality of stainless steel balls in the mixing chamber.
  • a MAX phase (Phases) 2 Ti MAX phase (Phases) Ti 2 AlN bulk material processing method which is characterized in that AlN processing by applying a micro-electric discharge machining in the bulk material.
  • the applied voltage is 50 to 70V
  • the applied current is provided to the MAX phase (Phases) Ti 2 AlN bulk material processing method, characterized in that the processing to 1 to 75 A as a pulse current. do.
  • the pulse current is a peak current of 2 to 4 stages
  • the on time is 10 to 20 ⁇ s
  • the off time is 10 to 50
  • the processing time is 15 to 40 seconds, characterized in that the MAX phase ( Phases) Provides Ti 2 AlN bulk material processing method.
  • the micro-discharge machining MAX phase (Phases), characterized in that to form a 2D (Dimension), 2.5D (Dimension), 3D (Dimension) micro-shaped or fine holes of the level of 5 to 500 ⁇ m ) Provides Ti 2 AlN bulk material processing method.
  • the present invention can provide a heat resistant and wear resistant component characterized by being produced by the above processing method.
  • the present invention it is possible to replace the existing titanium alloy material by manufacturing the MAX phase (Tihas) Ti 2 AlN bulk material having the advantages of metal and non-metal at the same time.
  • micro-discharge drilling utilizing the excellent thermal conductivity and electrical conductivity of the Ti 2 AlN bulk material, it is possible to micro-shaped processing and micro-hole processing of 5 to 500 ⁇ m level which cannot be performed by general machining. do.
  • Figure 1 is a flow chart showing a series of processes for manufacturing a MAX phase (Phases) Ti 2 AlN bulk material.
  • Ti6242 is a table comparing the physical properties of Ti6242, Al 2 O 3 and the existing bulk material of Ti 2 AlN of the present invention.
  • FIG. 3 is a table diagram summarizing the conditions of micro-discharge machining on the Ti 2 AlN bulk material of the present invention.
  • Figure 4 is a graph comparing the processing time of the conventional bulk material Ti6242 and Ti 2 AlN of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an apparatus for performing micro discharge machining of Ti 2 AlN of the present invention.
  • a powder of Ti 99.5% purity, 10 ⁇ m
  • Al 99.8% purity, 3 ⁇ m
  • TiN 99.5% purity, 3 ⁇ m
  • the mixing chamber was first filled with argon (Ar) gas to protect the mixed powder from oxidation under vacuum, and a 5mm diameter stainless steel ball was placed in the chamber to increase the mixing efficiency. Put in.
  • the synthesized powder was pressed into a graphite mold having a diameter of 30 mm and pressed beforehand, and then sintered using a discharge plasma sintering furnace.
  • the sample was heated to 1000-1500 ° C., preferably 1250 ° C. for less than 20 minutes in 0.1-0.5 Pa, preferably, 0.3 Pa vacuum, while adjusting the applied current.
  • the mechanical pressure is applied to 10 to 50 MPa, preferably 30 MPa, and maintained for about 10 minutes to proceed with the sintering process. Therefore, MAX phase (Phases) Ti 2 AlN bulk material was prepared by maintaining the sintering temperature 1250 °C, mechanical pressure 30MPa, pressurization about 10 minutes.
  • the prepared material was compared with the conventional titanium alloy (Ti6242) by measuring the hardness, density, thermal conductivity and electrical conductivity.
  • the table shown in FIG. 2 shows data on material properties of MAX phase Ti 2 AlN bulk material, Ti6242 and Al 2 O 3 . This is to compare the workability of the MAX phase Ti 2 AlN bulk material and the conventional titanium alloy (Ti6242) prepared according to the embodiment of the present invention and the appropriate processing conditions of the MAX phase Ti 2 AlN bulk material It is to select.
  • Al 2 O 3 is a ceramic and has a non-conductive property, so discharge processing is impossible.
  • the present invention was compared with the conventional titanium alloy (Ti6242) in order to compare and evaluate the workability of the prepared MAX phase (Phases) Ti 2 AlN bulk material with respect to the processing time.
  • micro discharge drilling equipment was used to control control factors (voltage, peak current, on time, off time) using the Taguchi test method. Processing conditions were calculated.
  • the table shown in Figure 3 presents the basic processing conditions, based on this mixed orthogonal array table L 18 (2 1 to compare the machinability of the MAX phase (Phases) Ti 2 AlN bulk material and the conventional titanium alloy (Ti6242) The experiment was carried out using ⁇ 3 7 ). Discharge machining was performed using the micro discharge drilling equipment of FIG. 5 to obtain the following results.
  • the Taguchi method was used based on the results of the mixed orthogonal array L 18 (2 1 ⁇ 3 7 ) to select the appropriate processing conditions for the MAX phase Ti 2 AlN bulk material.
  • suitable processing conditions for MAX phase Ti 2 AlN bulk material are voltage 50 to 70V, more preferably 60V, peak current of 2 to 4 stages, on time of 10 to 20 mA, 10 to 50 mA It was found that the off time and the processing time was 15 to 40 seconds, the average 26 seconds. This corresponds to a very fast machining, Figure 4 shows the contrast of the machining time of the MAX phase (Tihas) Ti 2 AlN bulk material and Ti6242. For reference, we used Korea NSD-200.
  • the micro-discharge machining of the MAX phase Ti 2 AlN bulk material of the present invention is a few to several hundred ⁇ m level, that is, 5 to 500 ⁇ m level of 2D (Dimension), 2.5D (Dimension), 3D (Dimension) fine shape Alternatively, it is possible to perform fine holes with very high productivity and excellent processing shape and dimensional accuracy.
  • the present invention produces a MAX phase (Phases) Ti 2 AlN bulk material as follows.
  • High purity powders of Ti, Al and TiN are mixed and put into a mill or mixer to make a hybrid powder.
  • an attrition milling machine was used.
  • the process of making the mixed powder is carried out under an inert gas atmosphere to protect the mixed powder from oxidation in a vacuum, and a number of stainless steel balls can be placed in the chamber to increase the mixing efficiency.
  • argon (Ar) gas was filled and a stainless steel ball having a diameter of 5 mm was placed in the chamber.
  • the synthesized powder is put into a mold and pressed in advance, and then sintered using a discharge plasma sintering furnace.
  • the pressure in the sintering furnace is set to a vacuum degree of 0.1 to 0.5 Pa, and plasma sintering is performed within 20 minutes by the plasma generated at a temperature of 1000 to 1500 ° C. At this time, pressurized by 10 to 50 MPa by a mechanical press.
  • the micro discharge drilling equipment was used to control the control factors (voltage, peak current, on time, off time) by using the Taguchi test method. Discharge machining conditions were calculated.
  • suitable processing conditions for the MAX phase Ti 2 AlN bulk material include a voltage of 50 to 70 V, a pulse current of 1 to 75 A, and preferably a peak current of 2 to 4 stages.
  • the off time was 10 ⁇ 50 ⁇ s, and the processing time was 15 ⁇ 40 seconds, which resulted in very fast processing and improved processing shape and dimensional accuracy.
  • the MAX phase Ti 2 AlN bulk material of the present invention is heat and wear resistant parts requiring corrosion resistance against high temperature, that is, aircraft parts, automotive parts, power, chemical plant, marine, civil engineering, medical, welfare, internal combustion engine components
  • the micro-discharge machining method for the MAX phase Ti 2 AlN bulk material of the present invention can be used to form various fine shapes such as fine irregularities or fine nozzles on the MAX phase Ti 2 AlN bulk material. It can be widely applied to the field that requires the micromachining of such parts.

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Abstract

본 발명은 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재를 제공하고, 그에 대한 미세 가공을 제공하고자 한다. 본 발명은, 티타늄(Ti), 알루미늄(Al) 그리고 질화티탄(TiN) 분말을 Ti:Al:TiN=1:1:1의 비율로 마멸 밀링기(attrition milling machine)에서 혼합 및 합성하고, 합성된 분말은 방전 플라즈마 소결로를 이용하여 플라즈마 소결하여 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재를 제조하는 방법을 제시하며, 제조된 Ti2AlN 벌크소재에, 마이크로 방전가공을 적용해 수십 내지 수백 μm 직경을 갖는 미세형상 가공을 고정밀도를 갖는 동시에 신속하게 실시할 수 있는 가공방법을 제시하였다.

Description

Ｔｉ₂ＡｌＮ 벌크소재의 제조방법 및 마이크로 방전가공 방법
본 발명은 Ti, Al 그리고 TiN의 각각의 파우더를 혼합 및 합성하여 스파크 플라즈마 소결(spark plasma sintering, SPS)법을 이용하여 MAX 상(Phases)을 가지는 Ti2AlN 벌크소재를 제조하는 방법에 관한 것이며, 그에 따라 제조된 소재에 대하여 수백에서 수십 마이크로 단위의 미세형상을 가공하는 마이크로 방전 가공 방법에 관한 것이다.
기존의 티타늄 합금은 다른 금속재료에 비하여 비강도 높고, 열 저항과 내식성이 우수하여 내연기관 부품과 같은 고온구조용 부품으로 많이 활용되고 있다. 대한민국특허공개제 10-2011-0131686호 등의 특허공개공보에서 이러한 TiAlN 소재에 대해 코팅 막으로 제조하는 방법을 개시하나 벌크소재를 만드는 방법은 아직 알려져 있지 않다. 즉, MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재의 대한 연구는 전무한 상태이며 최근 Ti2AlN의 코팅에 관한 연구가 상기 공보에서처럼 간혹 보고되고 있다.
또한, 이러한 티타늄 합금 소재는 화학적으로 활성이 큰 금속이므로 절삭가공 시, 공구수명을 단축시키는 단점과 방전가공 시, 낮은 전기전도율에 의해 가공시간이 오래 걸리고, 저 열전도율로 인해 벌크 소재가 타는 현상이 발생 되는 문제점이 있다. 현재까지 티타늄합금은 고온구조용 부품 소재로 다양한 산업분야에 적극 활용되고 있지만 절삭가공 시, 공구마모가 심하며, 방전가공 시, 가공효율이 떨어지는 단점을 극복하지 못하고 있다. 특히 항공기 터빈블레이드의 냉각 홀과 같은 미세하고 깊은 홀을 가공하는데 어려움이 많다.
따라서, 본 발명의 목적은 기존 티타늄합금의 장점은 유지하면서 세라믹의 우수한 내열성과 내마모성을 동시에 가지는 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재의 가공성을 향상시키기 위해 마이크로 방전드릴링을 이용하여 기존의 전통적 가공방법인 절삭가공을 비전통적 가공방법인 방전가공(Electrical Discharge Machining, EDM)으로 대체하고자 하는 것이다. 즉, 본 발명은 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재에 대하여 수백에서 수십 마이크로 단위의 미세형상 가공을 위하여 마이크로 방전 드릴링 장비를 이용하여 적절한 가공조건을 제시하고자 하는 것이다.
상기 목적에 따라 본 발명은 티타늄(Ti), 알루미늄(Al) 그리고 질화티탄(TiN) 분말을 원료로 하여 밀링과 스파크 플라즈마 소결법에 의해 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재를 제조하는 방법을 제공한다.
즉, 본 발명은, Ti, Al와 TiN의 분말을 혼합하여 혼성 분말을 합성하고,
상기 혼성 분말을 금형에서 압축시킨 후, 압축체를 방전 플라즈마 소결로에서 플라즈마 소결하는 것을 특징으로 하는 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기에 있어서, 상기 플라즈마 소결 단계는, 0.1 내지 0.5Pa 진공도에서 1000 내지 1500 ℃ 온도로 하여 진행되는 것을 특징으로 하는 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재 제조방법.
또한, 본 발명은, 상기에 있어서, 상기 플라즈마 소결 단계에서 소결체에 기계적인 압력을 10 내지 50MPa로 가하는 것을 특징으로 하는 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기에 있어서, 상기 혼성 분말의 합성은 마멸 밀링기 또는 믹서로 혼합하며, 혼합하는 동안 믹싱 챔버에 비활성 가스를 채워 혼성 파우더의 산화를 방지하는 것을 특징으로 하는 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기에 있어서, 상기 믹싱 챔버 안에 다수의 스테인리스스틸 볼(stainless steel ball)을 넣어 혼합 효율을 높이는 것을 특징으로 하는 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기에 있어서, MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재에 마이크로 방전 가공을 적용하여 가공하는 것을 특징으로 하는 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재 가공방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 방전가공에서, 인가 전압은 50 내지 70V, 인가 전류는 펄스 전류로 1 내지 75 A로 하여 가공하는 것을 특징으로 하는 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재 가공방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 펄스 전류는 2 내지 4단의 피크 전류로, On time이 10~20㎲, Off time이 10~50㎲이고, 가공시간은 15 내지 40초인 것을 특징으로 하는 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재 가공방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 마이크로 방전 가공은 5 내지 500μm 수준의 2D(Dimension), 2.5D(Dimension), 3D(Dimension) 미세형상 또는 미세홀(hole)을 형성하는 것을 특징으로 하는 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재 가공방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기의 가공방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 내열성 및 내마모성 부품을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 금속과 비금속의 장점을 동시에 가지는 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재를 제조하여 기존의 티타늄합금 소재를 대체할 수 있다.
뿐만 아니라, Ti2AlN 벌크소재의 우수한 열전도도와 전기전도도를 활용하여 마이크로 방전드릴링을 이용함에 따라 일반 기계가공으로는 실시할 수 없는 5 내지 500 μm 수준의 미세 형상 가공 및 미세홀 가공 등이 가능하게 된다.
도 1은 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재를 제조하기 위한 일련의 과정을 나타내는 순서도 이다.
도 2는 기존의 벌크소재인 Ti6242, Al2O3 와 본 발명의 Ti2AlN의 물성을 대비한 테이블 도이다.
도 3은 본 발명의 Ti2AlN 벌크 소재에 대한 마이크로 방전 가공의 조건들을 정리한 테이블 도이다.
도 4는 기존의 벌크소재인 Ti6242 와 본 발명의 Ti2AlN의 가공시간을 대비한 그래프들이다.
도 5는 본 발명의 Ti2AlN의 마이크로 방전 가공을 실시하는 장치의 개략적인 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, Ti(99.5% purity, 10㎛), Al(99.8% purity, 3㎛)와 TiN(99.5% purity, 3㎛)의 분말을 Ti:Al:TiN=1:1:1의 비율로 마멸 밀링기(attrition milling machine)에서 200rpm의 회전속도로 1.5시간 동안 혼합하여 합성하였다. 합성하는 동안 믹싱 챔버(mixing chamber)는 먼저 진공상태에서 혼합된 파우더를 산화로부터 보호하기 위해 아르곤(Ar)가스를 채웠으며 혼합 효율을 높이기 위해 5mm 직경의 스테인레스스틸 볼(stainless steel ball)을 챔버 안에 넣었다. 합성된 분말은 직경 30mm의 흑연금형에 넣어 미리 눌러 압축시킨 다음 방전 플라즈마 소결로를 이용하여 소결하였다. 샘플은 인가전류를 조절하면서 0.1 내지 0.5Pa, 바람직하게는, 0.3Pa 진공 속에서 20분보다 적은 시간 동안 1000 내지 1500℃, 바람직하게는 1250℃까지 가열하였다. 다음, 기계적인 압력을 10 내지 50 MPa, 바람직하게는 30MPa로 가하여, 10분 정도 유지시키며 소결과정을 진행한다. 따라서 소결온도 1250℃, 기계적 압력 30MPa, 10분 정도 가압을 유지시켜 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재를 제조하였다. 제조된 소재는 경도, 밀도, 열전도도와 전기전도도를 측정하여 기존의 티타늄합금(Ti6242)과 재료적 특성을 비교하였다.
도 2에 도시된 테이블은 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재와 Ti6242 그리고 Al2O3의 재료적 특성평가에 대한 데이터를 보여준다. 이는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재와 기존의 티타늄합금(Ti6242)의 가공성을 비교하기 위한 것과 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재의 적절한 가공조건을 선정하기 위한 것이다. Al2O3는 세라믹으로서 비전도성 성질을 지니므로 방전가공이 불가능하다.
본 발명은 제조된 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재의 가공성을 비교 및 평가하기 위해 기존의 티타늄합금(Ti6242)과 대비하여 가공시간에 대하여 알아보았다. 또한 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재의 적절한 방전가공조건을 알아보기 위해 다구찌 실험방법을 이용하여 마이크로 방전 드릴링 장비로 제어 인자(전압, 피크 전류, On time, Off time)를 조절하며 적절한 방전가공조건을 산출하였다.
도 3에 도시된 테이블에는 기본적인 가공조건을 제시하며, 이를 바탕으로 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재와 기존의 티타늄합금(Ti6242)의 가공성을 비교하기 위해 혼합직교배열표L18(21×37)을 이용하여 실험을 실시하였다. 도 5의 마이크로 방전 드릴링 장비를 이용하여 방전 가공을 실시하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
즉, 모든 제어인자에서 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재가 종래 티타늄합금(Ti6242)에 비하여 가공시간이 약 2배 정도 빠르게 나타났다.
또한, MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재의 적절한 가공조건을 선정하기 위하여 혼합직교배열표L18(21×37)에 의한 실험결과를 바탕으로 다구찌 방법을 사용하였다. 그 결과 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재의 적절한 가공조건은, 전압 50 내지 70V, 더욱 바람직하게는 60V, 2 내지 4단의 피크 전류, 10~20㎲의 On time, 10~50㎲의 Off time 인 것으로 나타났으며 그와 같은 조건으로 가공한 결과 가공시간은 15 내지 40초, 평균 26초로 나타났다. 이는 매우 신속한 가공에 해당하며, 도 4는 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재와 Ti6242의 가공시간에 대한 대비를 보여준다. 참고로 방전가공장치는 한국NSD-200을 사용하였다.
따라서 본 발명의 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재에 대한 마이크로 방전가공은 수 내지 수백 μm 수준, 즉, 5 내지 500μm 수준의 2D(Dimension), 2.5D(Dimension), 3D(Dimension) 미세형상 또는 미세홀(hole)을 매우 높은 생산성 및 우수한 가공형상과 치수정밀도로 실시할 수 있게 한다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
본 발명은 다음과 같이 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재를 제조한다.
Ti, Al와 TiN의 고순도 분말을 혼합하여 밀링기 또는 믹서에 넣어 혼성 분말을 만든다. 본 실시예에서는 마멸 밀링기(attrition milling machine)를 사용하였다.
혼성 분말을 만드는 과정은, 진공상태에서 혼합된 파우더를 산화로부터 보호하기 위해 비활성 가스 분위기하에서 실시되며, 혼합 효율을 높이기 위해 다수의 스테인레스스틸 볼(stainless steel ball)을 챔버 안에 넣을 수 있다.
본 실시예에서는 아르곤(Ar)가스를 채웠으며 5mm 직경의 스테인레스스틸 볼(stainless steel ball)을 챔버 안에 넣었다. 합성된 분말은 금형에 넣어 미리 눌러 압축시킨 다음 방전 플라즈마 소결로를 이용하여 소결한다.
소결로 내 압력은 진공도를 0.1 내지 0.5Pa로 하고, 1000 내지 1500℃ 온도로 하여 생성된 플라즈마에 의해 20 분 이내로 플라즈마 소결을 실시한다. 이때 기계적인 가압체로 10 내지 50 MPa로 1가압하여 준다.
이와 같은 과정을 통해 제조된 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재의 경도, 밀도, 열전도도와 전기전도도 등의 물성을 측정 분석하여 보고, 마이크로방전 가공조건을 모색한다.
즉, MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재의 적절한 방전가공조건을 알아보기 위해 다구찌 실험방법을 이용하여 마이크로 방전 드릴링 장비로 제어 인자(전압, 피크 전류, On time, Off time)를 조절하며 적절한 방전가공조건을 산출하였다.
그 결과 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재의 적절한 가공조건은, 전압 50 내지 70V, 펄스 전류 1 내지 75 A, 바람직하게는, 2 내지 4단의 피크 전류로, 10~20㎲의 On time, 10~50㎲의 Off time인 것으로 나타났으며 그와 같은 조건으로 가공한 결과 가공시간은 15 내지 40초로 나타나 매우 신속한 가공이 가능하였고 가공형상 및 치수정밀도가 향상되었다.
본 발명의 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재는 고온에 대한 내식성이 요구되는 내열성 및 내마모성 부품, 즉, 항공기 부품, 자동차 부품, 전력, 화학플랜트, 해양·토목, 의료·복지, 내연기관 부품 등에 널리 이용될 수 있으며, 본 발명의 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재에 대한 마이크로방전가공 방법은 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재에 미세 요철이나 미세 노즐 등 다양한 미세형상을 형성할 수 있어 상기와 같은 부품들의 미세가공이 필요한 분야에 널리 적용될 수 있다.

Claims (10)

  1. Ti, Al와 TiN의 분말을 혼합하여 혼성 분말을 합성하고,
    상기 혼성 분말을 금형에서 압축시킨 후, 압축체를 방전 플라즈마 소결로에서 플라즈마 소결하는 것을 특징으로 하는 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 소결 단계는, 0.1 내지 0.5Pa 진공도에서 1000 내지 1500 ℃ 온도로 하여 진행되는 것을 특징으로 하는 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 플라즈마 소결 단계에서 소결체에 기계적인 압력을 10 내지 50MPa로 가하는 것을 특징으로 하는 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 혼성 분말의 합성은 마멸 밀링기 또는 믹서로 혼합하며, 혼합하는 동안 믹싱 챔버에 비활성 가스를 채워 혼성 파우더의 산화를 방지하는 것을 특징으로 하는 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재 제조방법.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 믹싱 챔버 안에 다수의 스테인리스스틸 볼(stainless steel ball)을 넣어 혼합 효율을 높이는 것을 특징으로 하는 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재 제조방법.
  6. 제1항의 제조방법에 의해 제조된 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재에 마이크로 방전 가공을 적용하여 가공하는 것을 특징으로 하는 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재 가공방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 방전가공에서, 인가 전압은 50 내지 70V, 인가 전류는 펄스 전류로 1 내지 75 A로 하여 가공하는 것을 특징으로 하는 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재 가공방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 펄스 전류는 2 내지 4단의 피크 전류로, On time이 10~20㎲, Off time이 10~50㎲이고, 가공시간은 15 내지 40초인 것을 특징으로 하는 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재 가공방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 마이크로 방전 가공은 5 내지 500μm 수준의 2D(Dimension), 2.5D(Dimension), 3D(Dimension) 미세형상 또는 미세홀(hole)을 형성하는 것을 특징으로 하는 MAX 상(Phases) Ti2AlN 벌크소재 가공방법.
  10. 제6항의 가공방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 내열성 및 내마모성 부품.
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