분말야금의 의미와 공정 및 종류

1. 분말야금의 의미

분말야금(Powder Metallurgy)은 금속 또는 비금속을 초미세 입자로 만든 후 이를 압축하고 가열하는 과정을 통해 다양한 형태의 제품을 제조하는 공정입니다.

2. 분말야금의 역사

-AD.415년 인도 델리에 있는 철기둥이 분말야금법을 이용해 제작한것으로 밝혀져 분말야금법이 아주 오래전 부터 사용되었다라는 것을 알 수 있습니다.

-전구에 사용되는 필라멘트는 처음에 탄화섬유를 사용했지만 출력 및 수명이 부족해 그 대안으로 녹는점이 높은 텅스텐을 분말야금을 통해 얇은 필라멘트를 만들어 사용함으로 전구의 수명이 대폭 향상 되었습니다.

-현재는 녹는점이 높은 소재인 초경합금이나 지르코늄 등을 분말야금을 활용해 제품을 만들거나, 복잡한 형상이 필요한 경우에 분말야금법으로 제작됩니다.

3. 분말야금의 공정

1) 분말 제조

가스 분사법, 물 분사법, 원심분리법, 볼 밀링(분쇄)법, 전해법 등 제품의 특성과 사용 용도에 따라서 분말 제조방법을 선택 합니다.

2) 분말 형상

  • 바늘형(acicuar)
  • 구형(spherical)
  • 나뭇가지형(dendritic)
  • 다공성형(porous)
  • 각진형(angular)
  • 불규칙(irregular)

3) 분말 성형 및 소결

  • 사출(injection): 분말과 바인더의 혼합물을 금형 내로 빠르게 장입하고 금형 내 압력을 적정으로 높게 유지 시키는것이 관건입니다.
  • 압출(extrusion)
  • 테이프 캐스팅(tape casting): 분말과 바인더, 용제 혼합물을 얇게 도포한 후 박판 형태로 결합(건조)시키는 법
  • 겔 캐스팅(gel casting)
  • 냉간 등방압 가압법(Cold Isostatic Pressing)
  • 열간 등방압 가압법(Hot Isostatic Pressing)
  • 적층제조

성형 후 잔류 기공을 제거하고 강성을 올리기 위해 소결을 합니다.

사출이나 압출 시 바인더(접착제) 첨가를 통해 분말 간에 결합력을 향상시킵니다.

압출용 바인더 조성(점성이 높음): 물56%, 셀룰로스25%, 글리세린13% 붕산6%
사출용 바인더 조성(점성이 낮음): 파라핀55% 폴리에틸렌25% 스테아르산10%
바인더의 조성은 회사마다 조성이 크게 다릅니다.

4. 분말야금의 특징

1) 경제성: 재료의 손실이 거의 없으며, 복잡한 형상의 부품의 경우 다른 공정에 비해 비용절감이 가능합니다.

2) 유일성: 탄탈륨이나 텅스텐같이 녹는점이 높은 소재를 사용할때, 다공성(스펀지)과 같은 복잡한 형상을 제작할 때는 분말야금이 유일한 공법입니다.

3) 고순도: 고순도 재료를 사용하면 각 재료의 특성을 최대로 활용할 수 있기에 고순도 재료로 화합물을 만들어 필요한 특성에 맞출 수 있습니다.

이상으로 분말야금에 대해 알아보았습니다. 다양한 산업 분야에서 활용되는 분말야금은 그 중요성과 역할이 점점 커지고 있습니다. 우리 일상 속에서도 찾아볼 수 있는 분말야금에 대해 알게 되셨다면 기쁠 것입니다.

5. 분말야금강의 종류

1) CPM S30V: 이 마르텐사이트계 스테인레스강은 뛰어난 내식성을 가지며 HRc 58~61 경도를 보여줍니다.

2) CPM M4: 이 고탄소 공구강은 매우 높은 인장 강도와 경도를 가지며, 우수한 내충격성을 보여줍니다.

3) CPM 3V: 이 강은 높은 내구성과 내크랙성을 가지고 있습니다.

4) CPM 9V: 이 공구강은 높은 내충격성과 내마모성을 가지고 있으며 10V 대비 경도와 내마모성이 낮지만 인성이 높고 탄소함량이 낮아 열 안정성도 좋습니다.

4) CPM 10V (AISI A11): 경도가 높아 내마모성이 좋으며. HRc 59~64 경도를 자랑합니다.

5) CPM 15V: 최고 수준의 내마모성을 가지고 있습니다.

6.) CPM Rex T15: HSS강재로 열처리 후 경도가 매우 높으며(HRc 66~68) 우수한 열 안정성을 가집니다.(높은 코발트 함량 때문)