Transcript 신소재기초실험 최현주교수님.

2013-2학기 신소재기초실험 - 최현주교수님 실험실
나노융합구조소재 실험실
정고운

분말야금 산업동향

철 분말 산업 동향

분말야금의 장점

분말야금 제조 공정

XRD

경도

분말혼합

성형

소결

물성평가
- 로크웰 경도
- XRD
- 미세구조(OM분석)
 분말야금 산업동향
Industrial trends
•
분말야금 제품 중 97%이상이 철분말제품
•
적용 산업군으로는 자동차 산업이 가장 활성화
•
일본과 한국의 경우, 자동차 산업이 주 동력 산업
분말야금산업의 아시아 시장 전망(PM2012 YOKOHAMA 후기)/김휘준(한국생산기술연구원 뿌리산업연구부문/수석연구원)
 Fe계 분말 산업동향
Industrial trends
•
국내 자동차 산업의 발달과
더불어 철분말 사용량도 증
가하는 경향을 보임
•
자동차 부품 중 철분말 사용
부품 증가
Characterization of porous iron bodies sintered from water-atomized powders/Y. S. Lee, H. S. Kang and H. N. Kim
 국내기업의 Fe분말 사업 동향
현대자동차
POSCO
 분말야금의 장점
Advantages
•
재질 및 형상의 선택범위
가 넓음
•
정확한 치수의 부품 생산
가능
•
원가절감 및 경량화 실현
•
주조에 비해 낮은 온도에
서 작업 가능
Characterization of porous iron bodies sintered from water-atomized powders/Y. S. Lee, H. S. Kang and H. N. Kim
 분말야금 제품의 기본적인 제조공정
분말 제조 방법의 종류
 분사법 (atomization)
: 미세한 구멍을 통하여 유출되는 용융 금속류를 고압의 공기 또는 액체로 분산시켜 분말화하는 방법
분사법의 특징
•
분무법(spraying)과 흡사
•
용융금속이면 어떠한 금속이든 가능
•
일정한 성상(性狀)의 분말 대량 생산가능
•
용탕의 분말화 방법 및 분사조건에 따라 생성분말의 성상 조절 가능
(겉보기 밀도, 입도, 세공, 입도 분포 등)
•
분사매체의 종류에 따라 기체 분사법과 액체 분사법, 분사방향에 따라 수평식과 수직식으
로 분류
•
분사매체로써 요구되는 조건 : 취급이 용이 해야 함, 독성이 없어야 함, 가격이 경제적이어
야 함, 냉각효과와 점성이 커야 함, 생성 분말의 성질에 영향을 미치지 않아야 함, 분말과의
분리가 쉬워야 함
(주로쓰이는 분사매체 - 기체 : 공기, 아르곤, 이산화탄소, 질소 / 액체 : 물)
 수분사법 (Water atomization)
: 융점이 높은 물질의 경우, 공기 중에서 분사 시 충분히 냉각되지 않으므로 분사매체로 물을 이용하는 방법
•
수직식 기체 분사법에서 Sn, Pb, Cu 및 Cu-Zn, Cu-Sn 등은 공기 중에서 분사하여도 충분히
냉각되지만, 융점이 높은 Fe, Ni, 강(鋼) 등은 냉각이 불충분하므로 수(水)중에서 분사한다.
: 정교하게 제작된 금형(몰드)에 분말을 채워 프레스 등으로 압축성형
Rhodium metal: powder, pressed pellet (3*105 psi), remelted
: 압축성형된 성형체를 용융점 이하의 온도에서 적절한 가스분위기 하에 가열
Neck 생성
Neck 성장 & 기공(Pore) 소멸
 XRD (X-Ray Diffraction)
: 결정성 물질의 구조에 관한 정보를 얻기 위한 분석방법
1. X선이 결정에 부딪히면 그 중 일부가 회절
2. 회절되는 각과 강도가 물질 구조에 따라 고유한 값을 가짐
 XRD의 원리 (브래그 법칙)
Bragg’s Law
X선과 같은 전자기파 또는 전자와 중성자로 이루어진 입자파가 결정에 입사되었을 때,
가장 강한 반사를 일으키는 면에 대해
결정 안의 원자간 면 간격과 입사각 사이에 성립하는 관계를 나타낸 법칙
 경도(Hardness)
Resistance of a metal surface to be damaged, dented, worn away,
or deteriorated in any way as result of a force or pressure against it.
경도 : 국부 소성 변화에 대해 저항하는 능력
강도 : 물질에 응력을 가했을 때 변형에 저항하는 능력
Force
Penetrator
Hardness is
proportional to
size of
penetration
Sample
 분말 혼합(Spex Mill 이용)
Group A
Astaloy CrL powder
(Fe-1.5%Cr-0.2%Mo)
Group B
Fe powder
Spex mill Condition
+ 0.55% C(Graphite) powder
+ 0.7% Lubricant(Zinc stearate)
Milling time : 20min
 성형(유압프레스 이용)
 유압프레스의 원리
 파스칼의 원리에 기반
: 유체(기체나 액체) 역학에서 밀폐된 용기 내
에 정지해 있는 유체의 어느 한 부분에서
생기는 압력의 변화가 유체의 다른 부분
용기의 벽면에 손실 없이 전달된다는 원리
CARVER’S PRESS (~30t)
 성형 다이(몰드) 설계도
8mm
8mm
16mm
8mm
15mm
25mm
35m
m
5mm
40mm
8mm
21mm
3mm
10mm
50mm
Green compact 몰드 전체 도식도
10mm
50mm
 실제 다이 형상 및 제작 시편
성형 다이
예상 시편
10mm
8mm
실제 제작 시편
 소결(관상로 이용)
Gas flow
Emission
Atmosphere control
Ar
Vacuum pump
N2+H2
Thermo couple
H2 Burning
system
Specimens
Alumina tube
Tube furnace
Boat tube(Alumina)
 소결 조건
Tube furnace Conditon
• 소결 온도 : 1120℃
• 소결 시간 : 30 min
• 소결 분위기 : N2+H2 (9:1)
• 냉각 조건 :
1120℃
Mixed H2
5.5℃/min
800℃ (분위기 변환)
10℃/min
CCT curve
Ar
500℃
Air cooling
Room Temperature(상온)
 실제 소결 시편
소결 후
소결 전
7.19
6.98
6.69
HCrL
HCrL
7.19
6.98
6.69
7.22
6.95
6.91
HCrM
HCrM
7.22
6.95
6.91
 물성 평가
 Rockwell hardness test : 산업적으로 가장 널리 쓰이는 경도시험 방법 중 하나
Advantages
•
빠른 측정
•
인적 오류 최소화
•
미세한 경도차이 구별 가능
•
작은 크기의 압입자
 Applied the minor load and a zero reference position is established.
 The major load is applied for a specified time period (dwell time) beyond zero.
 The major load is released leaving the minor load applied.
 물성 평가
 물성 평가
- 폴리싱 : #220 - #400 - #800 - #1000 - #2000 - #4000 – 1μm alumina
- 에칭 : Nital solution(3% H2NO3), 3~5s
- 광학현미경(Optical Microscope) 관찰
X 1000
X 500
25 μm
50 μm
 성적 기준
 출결 30%
 태도 20%
 보고서 50%
 실험보고서 제출
 제출 기한 : 실험 종료 2주 뒤 금요일 오후 6시까지 (공학관 516호)
 실험 결과 데이터 파일 업로드
Daum 까페 “금속재료” (http://cafe.daum.net/rmathrwofy)  “금속재료_자료실” 게시판
 질의 응답
실험실 방문 or 조교 메일 ([email protected])