분말 야금 공정의 일반적인 문제들

분말 야금은 금속 분말 또는 금속 분말과 비금속 분말의 혼합물을 원료로 사용하는 제조 공정입니다. 부품이나 재료는 압축 성형과 소결을 통해 생산됩니다.

일반적으로 최종 형상에 가까운 부품과 기존의 주조 또는 기계 가공으로 생산하기 어려운 재료에 사용됩니다.

분말 야금의 주요 장점

분말 야금의 분명한 장점 중 하나는 높은 재료 이용률입니다.
압축 성형된 부품이 이미 최종 형상에 가깝기 때문에 2차 가공의 양은 일반적으로 적습니다.

또 다른 장점은 내화 금속, 의사 합금, 다공성 재료 및 일부 기능성 재료와 같이 기존 방법으로 제조하기 어려운 재료를 생산하는 데 사용할 수 있다는 점입니다.

기어와 같은 부품의 경우 분말 야금은 대량 생산에서 비용도 효과적으로 관리할 수 있습니다.
생산량이 충분히 많으면 재료 낭비와 기계 가공 비용을 줄이기가 더 쉬운 경우가 많습니다.

분말 야금의 한계

분말 야금에도 한계가 있습니다.

가장 흔한 문제는 기공을 완전히 제거하기 어렵다는 것입니다.
이 때문에 많은 분말 야금 부품의 밀도와 기계적 특성은 일반적으로 완전 치밀 재료보다 낮습니다.

또한 이 공정은 금형과 프레스를 필요로 하므로 매우 큰 부품이나 생산량이 매우 적은 경우에는 적합하지 않습니다.

분말 야금의 재료 이용률이 높은 이유

주된 이유는 압축 성형 단계에 있습니다.

압축 성형된 예비 성형체는 일반적으로 부품의 최종 크기와 형상에 이미 가깝습니다.
이는 이후에 제거해야 할 재료가 줄어들어 폐기물도 적어진다는 의미입니다.

기어와 같은 부품의 경우 전통적인 기계 가공에서는 훨씬 더 많은 재료가 제거됩니다.
분말 야금은 최종 형상에 가까운 성형 방식에 더 가깝기 때문에 재료를 더 효과적으로 절약할 수 있습니다.

가스 분무화의 기본 공정

가스 분무화는 일반적으로 네 단계로 나눌 수 있습니다.

첫째, 금속 액체 흐름이 고속 가스에 의해 교란됩니다.
둘째, 액체 흐름이 늘어나면서 분리되어 더 큰 초기 액적이 형성됩니다.
셋째, 가스 흐름에 의해 이 액적이 더 작은 입자로 추가 분쇄됩니다.
마지막으로 액적이 냉각되고 응고되면서 형태가 점차 더 구형에 가까워집니다.

이것이 가스 분무화에서 구형도가 높은 분말이 자주 생성되는 이유 중 하나입니다.

분무화에서 분말 입자 크기에 영향을 미치는 요인

가스 분무화에서 분말 입자 크기는 여러 요인의 영향을 받습니다.

• 분무 각도
• 분무화 매체
• 금속 흐름의 직경
• 용융 금속의 온도
• 분무화 압력

일반적으로 분무화가 강할수록, 액체 흐름이 얇을수록, 온도가 높을수록, 용융물의 점도가 낮을수록 더 미세한 분말이 생성됩니다.

텅스텐 분말 생산에 청색 텅스텐이 사용되는 이유

블루 텅스텐은 주로 입자 성장을 제어하는 데 도움이 되기 때문에 사용됩니다.

쉽게 말하면, 더 미세한 텅스텐 분말을 생산하고 환원 중 입자 크기의 안정성을 더 잘 유지하는 데 적합합니다.
그 가치가 더 복잡하다는 데 있는 것이 아니라 분말 제어를 더 쉽게 해준다는 데 있습니다.

입자 크기, 형상 및 겉보기 밀도의 관계

겉보기 밀도는 분말이 용기를 자연스럽게 채운 후 단위 부피당 분말의 질량입니다.

이는 입자 크기, 입도 분포 및 입자 형상과 밀접한 관련이 있습니다.

일반적으로 입자가 작을수록 입자 간 마찰이 커져 유동성이 감소하고 겉보기 밀도가 낮아지는 경우가 많습니다.
불규칙한 입자 형상은 충전 과정에서 더 많은 공극을 만들어 겉보기 밀도를 낮춥니다.

그러나 조분말과 미분을 적절한 분포로 혼합하면 미세 입자가 조대 입자 사이의 틈을 채워 겉보기 밀도를 향상시킬 수 있습니다.

비표면적을 이용해 입자 크기를 측정할 수 있는 이유

비표면적법은 간접 측정 방법입니다.

분말은 표면적이 크기 때문에 가스를 흡착할 수 있습니다.
일정량의 분말이 흡착한 가스의 양을 측정하면 비표면적을 계산할 수 있습니다.
그런 다음 비표면적과 입자 크기의 관계를 통해 평균 입자 크기를 추정할 수 있습니다.

따라서 이 방법은 먼저 비표면적을 측정한 다음 이를 입자 크기로 환산합니다.

일축 성형과 정수압 성형의 차이

이 두 방법의 주요 차이는 성형 중 응력 상태입니다.

일축 성형에서는 주로 한 방향에서 압력이 가해지므로 성형체 내부의 밀도가 불균일한 경우가 많습니다.
정수압 성형에서는 모든 방향에서 압력이 가해지므로 밀도가 일반적으로 더 균일합니다.

밀도 균일성이 중요하다면 정수압 성형이 일반적으로 유리합니다.

환원 중 텅스텐 분말 입자가 성장하는 이유

텅스텐 분말은 일반적으로 산화텅스텐을 수소로 환원하여 생산합니다.
공정이 제대로 제어되지 않으면 입자가 과도하게 성장할 수 있습니다.

주요 원인은 다음과 같습니다.

• 환원 온도가 너무 높음
• 고온 영역에 머무는 시간이 너무 김
• 분위기의 수분 함량이 너무 높음

온도가 높고 유지 시간이 길수록 입자가 더 쉽게 조대해집니다.
수분 제어가 제대로 되지 않으면 입자 성장도 증가할 수 있습니다.

따라서 텅스텐 분말 생산에서는 단순히 환원을 완료하는 것만으로는 충분하지 않습니다.
온도, 시간, 분위기도 세심하게 제어해야 합니다.

결론

분말 야금은 단순히 압축하고 소결하는 공정이 아닙니다.
분말 크기, 겉보기 밀도, 성형 방법, 환원 조건은 모두 최종 결과에 영향을 미칩니다.

이러한 기본 사항을 이해하면 공정이 작동하는 이유를 설명하고 실제 생산에서 시행착오를 줄이는 데 도움이 됩니다.