KR102239632B1 - Alloy powder composition - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 합금분 조성물로서, 합금분; 0.005질량% 이상 0.200 질량% 이하의 유동성 개선 입자; 및 0.5질량% 이상 1.5질량% 이상의 윤활제를 포함하며, 오스테나이트계 스테인리스 강으로 만들어지며 20㎛ 이상 30㎛ 이하의 50% 지름 D50 을 가지며, 상기 유동성 개선 입자는, Al2O3, MgO, ZrO2, Y2O3, CaO, SiO2 및 TiO2로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 하나의 금속 산화물로 만들어지며, 5nm 이상 35nm 이하의 50% 지름 D50을 가지며, 소수성 표면을 갖는 합금분 조성물에 관한 것이다.The present invention, as an alloy powder composition, alloy powder; 0.005 mass% or more and 0.200 mass% or less of fluidity improving particles; And a lubricant of 0.5% by mass or more and 1.5% by mass or more, and is made of austenitic stainless steel and has a 50% diameter D 50 of 20 μm or more and 30 μm or less, and the fluidity improving particles include Al 2 O 3 , MgO, Made of at least one metal oxide selected from the group consisting of ZrO 2 , Y 2 O 3 , CaO, SiO 2 and TiO 2 , has a 50% diameter D 50 of 5 nm or more and 35 nm or less, and has a hydrophobic surface It relates to the composition.
Description
본 발명은 합금분(alloy powder) 조성물에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는, 오스테나이트계 스테인리스 강으로 만들어진 고밀도 소결품(sintered component)을 제조하기에 적합한 합금분 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to an alloy powder composition, and more particularly, to an alloy powder composition suitable for producing a high-density sintered component made of austenitic stainless steel.
"프레스 성형(press-molding)법"은 윤활제를 스테인리스 강, 철, 구리 등의 합금분에 섞고, 합금분을 금형(mold)에 채우고 합금분을 프레스 성형하고, 성형체(molded body)를 소결로(sintering furnace)에서 열처리함으로써 소결품을 얻는 방법을 지칭한다. 프레스 성형법은 복잡하고 매우 정교한 기계 부품을 높은 생산성으로 제조할 수 있다. 이러한 이유로, 소결품은 전기, 기계 및 자동차와 같은 분야에서 널리 사용되고 있다.In the "press-molding" method, a lubricant is mixed with alloy powders such as stainless steel, iron, copper, etc., the alloy powder is filled into a mold, the alloy powder is press-formed, and the molded body is sintered. It refers to a method of obtaining a sintered product by heat treatment in a (sintering furnace). The press molding method can produce complex and very sophisticated mechanical parts with high productivity. For this reason, sintered products are widely used in fields such as electricity, machinery and automobiles.
프레스 성형법을 이용하여 소결품이 제조되는 경우에, 합금분이 더 작은 입경을 가질수록 소결품은 더 높은 밀도를 갖는다. 하지만, 합금분이 더 작은 입경을 가질수록 합금분은 낮은 유동도를 가지며, 이는 합금분을 금형에 채우는 것을 어렵게 한다. 한편, 금속 주입 성형(MIM)법, 과립법(granulation method) 등이 고밀도의 소결품을 얻기 위한 기법으로 알려져 있지만, 이러한 방법들은 높은 공정 비용에 기인하여, 낮은 가격을 요하는 응용 분야(예컨대, 자동차 응용 분야)에 적용될 수 없다.When a sintered product is manufactured using a press molding method, the sintered product has a higher density as the alloy powder has a smaller particle diameter. However, as the alloy powder has a smaller particle diameter, the alloy powder has a lower fluidity, which makes it difficult to fill the alloy powder into the mold. On the other hand, the metal injection molding (MIM) method, the granulation method, etc., are known as techniques for obtaining high-density sintered products, but these methods are due to high process cost, and are applied in applications requiring low cost (e.g., Automotive applications).
전술한 문제점을 해결하기 위해, 종래에 다양한 제안이 있어 왔다.In order to solve the above-described problem, various proposals have been made in the prior art.
예를 들어, 특허문헌 1은, 오스테나이트계 스테인리스 강으로 만들어지는 주분(main powder)에 Fe-B 분말이 혼합되는, 고밀도 소결체를 위한 혼합분을 개시한다.For example, Patent Document 1 discloses a mixed powder for a high-density sintered body in which Fe-B powder is mixed with a main powder made of an austenitic stainless steel.
특허문헌 1은, (a) 철(Fe)이 페라이트에서보다 오스테나이트에서 더 작은 확산 계수를 가지므로, 오스테나이트계 스테인리스 강은 소결 반응을 진행하기 어려우며, (b) 오스테나이트계 스테인리스 강으로 만들어진 주분과의 공정(eutectic) 반응을 초래하는 보조분(예를 들어, Fe-B 분말)이 주분에 부가될 때, 주분의 극간(gap)에 액상(liquid phase)이 형성되고, 국지적 액상 소결이 발생하여 소결체의 소결 밀도를 증가시킨다.Patent Document 1 discloses that (a) iron (Fe) has a smaller diffusion coefficient in austenite than in ferrite, so that the austenitic stainless steel is difficult to proceed with the sintering reaction, and (b) it is made of austenitic stainless steel. When auxiliary powder (e.g., Fe-B powder) that causes eutectic reaction with the main powder is added to the main powder, a liquid phase is formed in the gap of the main powder, and local liquid phase sintering is performed. Occurs to increase the sintered density of the sintered body.
특허문헌 2는, 야금(metallurgy)을 위한 분말 조성으로서, 85질량% 이상의 철 기반의 금속분, 0.005~3질량%의 바인더, 0.1~2질량%의 윤활제, 40nm 미만의 평균 입경을 갖는 0.005~2질량%의 미립자 이산화규소를 함유하는 것을 개시한다.Patent Document 2, as a powder composition for metallurgy, is an iron-based metal powder of 85% by mass or more, a binder of 0.005 to 3% by mass, a lubricant of 0.1 to 2% by mass, and 0.005 to 2 having an average particle diameter of less than 40 nm. It discloses containing mass% particulate silicon dioxide.
특허문헌 2는, (a) 미립자 이산화규소가 철 기반의 금속분에 용제로서 혼합될 때, 분말 조성물의 유동성이 증가하며; (b) 윤활제가 철 기반의 금속분에 부가될 때, 성형된 부품을 다이로부터 제거하는 데에 필요한 이형력(ejection force)이 감소될 수 있으며; (c) 용제가 성형 공정에서 내부 윤활제로도 기능하는 것이 개시되어 있다.Patent Document 2 discloses that (a) when particulate silicon dioxide is mixed as a solvent in an iron-based metal powder, the fluidity of the powder composition increases; (b) when lubricant is added to the iron-based metal powder, the ejection force required to remove the molded part from the die can be reduced; (c) It is disclosed that the solvent also functions as an internal lubricant in the molding process.
프레스 성형법을 이용하여 소결품을 효율적으로 대량 생산하기 위해, 합금분을 금형에 고효율로 채울 필요가 있다. 따라서, 소결품을 위한 합금분은 높은 유동성을 가질 것을 요한다. 높은 유동성을 얻기 위해, 통상적으로 약 60㎛의 평균 입경을 갖는 합금분이 소결품의 제조에 사용된다.In order to efficiently mass-produce sintered products using the press molding method, it is necessary to fill the mold with alloy powder with high efficiency. Therefore, the alloy powder for the sintered product is required to have high fluidity. In order to obtain high fluidity, generally an alloy powder having an average particle diameter of about 60 μm is used in the manufacture of a sintered product.
그러나, 약 60㎛의 평균 입경을 갖는 오스테나이트계 스테인리스 강 분말을 이용하여 일반적인 성형 압력(compaction pressure)(약 7t/cm2)에서 소결품이 제조되는 경우에, 소결 밀도는 약 86%이며, 기밀성(airtightness)을 유지하기 위해 필요한 높은 소결 밀도(90% 이상)은 얻을 수 없다. 또한, 공극률이 약 14%이므로, 내부식성, 경도 및 강도가 불충분하다. However, when a sintered product is manufactured at a general compaction pressure (about 7t/cm 2 ) using an austenitic stainless steel powder having an average particle diameter of about 60 μm, the sintering density is about 86%, The high sintering density (more than 90%) required to maintain airtightness cannot be obtained. In addition, since the porosity is about 14%, corrosion resistance, hardness and strength are insufficient.
한편, 페라이트계 스테인리스 강은 높은 소결성을 갖기 때문에, 페라이트계 스테인리스 강은 높은 생산성의 일반적인 제조 조건 하에서도 상대적으로 용이하게 고(高)소결 밀도를 달성할 수 있다. 그러나, 페라이트계 스테인리스 강은 내열성이 열등하므로, 페라이트계 스테인리스 강으로 만든 소결품은 낮은 온도부에서 배기 시스템 부품 등에 사용되는 것에 머무른다.On the other hand, since the ferritic stainless steel has high sinterability, the ferritic stainless steel can relatively easily achieve a high sintering density even under general production conditions of high productivity. However, since ferritic stainless steel is inferior in heat resistance, sintered products made of ferritic stainless steel remain used in exhaust system parts and the like at a low temperature.
우수한 내열성 및 기밀성을 갖는 소결품을 저비용으로 제조하기 위해, 오스테나이트계 스테인리스 강을 주성분으로 함유하며, 유동성 및 소결성이 우수하며, 프레스 성형법을 이용하여 고밀도 소결품을 제조할 수 있는 합금분 조성물이 요구된다. 그러나, 지금까지 그러한 합금분 조성물은 제안된 바 없다.In order to manufacture sintered products with excellent heat resistance and airtightness at low cost, an alloy powder composition containing austenitic stainless steel as a main component, excellent fluidity and sintering property, and capable of manufacturing high-density sintered products using a press molding method Required. However, so far no such alloy powder composition has been proposed.
본 발명은, 오스테나이트계 스테인리스 강을 주성분으로 함유하며, 유동성 및 소결성이 우수하며, 프레스 성형법을 이용하여 고밀도 소결품을 제조할 수 있는 합금분 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide an alloy powder composition containing an austenitic stainless steel as a main component, excellent in fluidity and sintering property, and capable of producing a high-density sintered product using a press molding method.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 합금분 조성물은 다음의 구성을 갖는다.In order to achieve the above object, the alloy powder composition according to the present invention has the following configuration.
(1) 합금분 조성물은:(1) The alloy powder composition is:
오스테나이트계 스테인리스 강으로 만들어지며 20㎛ 이상 30㎛ 이하의 50% 지름(D50)을 갖는 합금분;Alloy powder made of austenitic stainless steel and having a 50% diameter (D 50 ) of 20 μm or more and 30 μm or less;
Al2O3, MgO, ZrO2, Y2O3, CaO, SiO2 및 TiO2로 구성되는 군 중에서 선택되는 적어도 하나의 금속 산화물로 만들어지며, 5nm 이상 35nm 이하의 50% 지름(D50)을 가지며, 소수성 표면을 갖는 유동성 개선 입자; 및Made of at least one metal oxide selected from the group consisting of Al 2 O 3 , MgO, ZrO 2 , Y 2 O 3 , CaO, SiO 2 and TiO 2 , and 50% diameter (D 50 ) of 5 nm or more and 35 nm or less And fluidity-improving particles having a hydrophobic surface; And
윤활제slush
를 포함한다.Includes.
(2) 합금분 조성물은, 0.005질량% 이상 0.200질량% 이하의 유동성 개선 입자의 함유량, 및(2) The alloy powder composition contains 0.005% by mass or more and 0.200% by mass or less of fluidity-improving particles, and
0.5질량% 이상 1.5질량% 이하의 윤활제의 함유량을 갖는다.It has a content of a lubricant of 0.5% by mass or more and 1.5% by mass or less.
합금분 조성물은, 유동성 개선 입자에 추가하여 또는 대체하여 합금분의 입자 표면을 코팅하는 실란커플링제로 구성되는 코팅막을 포함할 수도 있다.The alloy powder composition may include a coating film composed of a silane coupling agent that coats the particle surface of the alloy powder in addition to or in place of the fluidity improving particles.
20~30㎛의 D50을 갖는 합금분은 높은 소결성을 갖지만 낮은 유동성을 갖는다. 그러한 합금분에 소정의 조건을 만족시키는 유동성 개선 입자가 부가되면 높은 소결성을 유지하면서도 유동성이 향상될 수 있다. 따라서, 그러한 합금분 조성물이 원재료로 사용되면, 저비용의 프레스 성형법을 사용하여 고밀도 및 고내열성을 갖는 소결품이 제조될 수 있다. 특히, 오스테나이트계 스테인리스 강으로 만들어진 합금분으로도, 프레스 성형법에 의해 91% 이상의 소결 밀도가 얻어질 수 있다. The alloy powder having a D 50 of 20 to 30 μm has high sinterability but low fluidity. When fluidity improving particles satisfying predetermined conditions are added to such an alloy powder, fluidity may be improved while maintaining high sinterability. Therefore, if such an alloy powder composition is used as a raw material, a sintered product having high density and high heat resistance can be produced using a low-cost press molding method. In particular, even with an alloy powder made of austenitic stainless steel, a sintered density of 91% or more can be obtained by a press molding method.
유동성 개선 입자에 부가하여, 또는 대체하여, 합금분의 입자 표면이 SC 처리되는 경우에 있어서도, 동일한 효과가 얻어질 수 있다.In addition to or in place of the fluidity-improving particles, the same effect can be obtained even when the surface of the particles of the alloy powder is subjected to SC treatment.
도 1은, 양자(both)가 모두 약 60㎛의 50% 지름(D50)을 갖는 오스테나이트계 스테인리스 강(SUS304L) 분말 및 페라이트계 스테인리스 강(SUS434L) 분말을 사용하여 소결품이 생산될 때, 성형 압력과 압분 밀도(compact density)와 소결 밀도 사이의 관계를 나타낸다.
도 2는 실시예 1과 비교예 1에서 얻어진 소결체의 염수 분사(salt water-spraying) 테스트 결과를 나타낸다.
도 3은 소결 온도가 SUS304L 소결체의 소결 밀도에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.
도 4는 SUS304L 소결체의 소결 밀도와 경도 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.1 shows when a sintered product is produced using austenitic stainless steel (SUS304L) powder and ferritic stainless steel (SUS434L) powder having both (both) of 50% diameter (D 50) of about 60 μm , The relationship between molding pressure and compact density and sintering density is shown.
2 shows the results of a salt water-spraying test of the sintered bodies obtained in Example 1 and Comparative Example 1. FIG.
3 is a graph showing the effect of the sintering temperature on the sintered density of the SUS304L sintered body.
4 is a graph showing the relationship between the sintered density and hardness of the SUS304L sintered body.
이하, 본 발명의 실시형태를 구체적으로 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be specifically described.
1. 합금분 조성물1. Alloy powder composition
본 발명에 따른 합금분 조성물은 다음의 구성을 갖는다.The alloy powder composition according to the present invention has the following configuration.
(1) 합금분 조성물은:(1) The alloy powder composition is:
오스테나이트계 스테인리스 강으로 만들어지며 20㎛ 이상 30㎛ 이하의 50% 지름(D50)을 갖는 합금분;Alloy powder made of austenitic stainless steel and having a 50% diameter (D 50 ) of 20 μm or more and 30 μm or less;
Al2O3, MgO, ZrO2, Y2O3, CaO, SiO2 및 TiO2로 구성되는 군 중에서 선택되는 적어도 하나의 금속 산화물로 만들어지며, 5nm 이상 35nm 이하의 50% 지름(D50)을 가지며, 소수성 표면을 갖는 유동성 개선 입자; 및Made of at least one metal oxide selected from the group consisting of Al 2 O 3 , MgO, ZrO 2 , Y 2 O 3 , CaO, SiO 2 and TiO 2 , and 50% diameter (D 50 ) of 5 nm or more and 35 nm or less And fluidity-improving particles having a hydrophobic surface; And
윤활제slush
를 포함한다.Includes.
(2) 합금분 조성물은, 0.005질량% 이상 0.200질량% 이하의 유동성 개선 입자의 함유량, 및(2) The alloy powder composition contains 0.005% by mass or more and 0.200% by mass or less of fluidity-improving particles, and
0.5질량% 이상 1.5질량% 이하의 윤활제의 함유량을 갖는다.It has a content of a lubricant of 0.5% by mass or more and 1.5% by mass or less.
1.1. 합금분1.1. Alloy powder
1.1.1. 조성1.1.1. Furtherance
합금분은 오스테나이트계 스테인리스 강으로 만들어진다. 본 발명에서, 오스테나이트계 스테인리스 강의 조성은 특별히 한정되지 않으며, 목적에 따라 최적의 조성이 선택될 수 있다.The alloy powder is made of austenitic stainless steel. In the present invention, the composition of the austenitic stainless steel is not particularly limited, and an optimum composition may be selected according to the purpose.
본 발명이 적용되는 오스테나이트계 스테인리스 강의 예는: (a) 18Cr-8Ni-저C강(SUS304L); (b) 18Cr-12Ni-2.5Mo-저C강(SUS316L); (c) 25Cr-20Ni강(SUS310S); 및 (d) 21Cr-24.5Ni-4.5Mo-1.5Cu-저C강(SUS890L)를 포함한다.Examples of austenitic stainless steel to which the present invention is applied include: (a) 18Cr-8Ni-low C steel (SUS304L); (b) 18Cr-12Ni-2.5Mo-low C steel (SUS316L); (c) 25Cr-20Ni steel (SUS310S); And (d) 21Cr-24.5Ni-4.5Mo-1.5Cu-low C steel (SUS890L).
1.1.2. 평균 입경 및 입자 크기 분포1.1.2. Average particle diameter and particle size distribution
"50% 지름(D50)"은 입자 크기의 통합치(integrated value)가 50%인 입경(메디안 지름)을 지칭한다."50% diameter (D 50 )" refers to a particle diameter (median diameter) having an integrated value of 50% of the particle size.
"10% 지름(D10)"은 입자 크기의 통합치가 10%인 입경을 지칭한다."10% diameter (D 10 )" refers to a particle diameter in which the integrated value of the particle size is 10%.
"90% 지름(D90)"은 입자 크기의 통합치가 90%인 입경을 지칭한다."90% diameter (D 90 )" refers to a particle diameter with a combined value of 90% of the particle size.
합금분의 D50은 소결품의 밀도 및 생산성에 영향을 미친다. 합금분의 D50이 감소함에 따라 소결성이 향상되며, 고밀도 소결품을 얻을 수 있다. 그러나, D50이 너무 작은 경우에는, 유동성이 감소하고 합금분을 금형에 효율적으로 채우는 것이 어려워진다. 따라서, D50은 20㎛ 이상일 필요가 있다. D50은 바람직하게는 22㎛ 이상이다.The D 50 of the alloy powder affects the density and productivity of the sintered product. As the D 50 of the alloy powder decreases, the sinterability improves, and a high-density sintered product can be obtained. However, when D 50 is too small, the fluidity decreases and it becomes difficult to efficiently fill the mold with the alloy powder. Therefore, D 50 needs to be 20 μm or more. D 50 is preferably 22 µm or more.
한편, D50이 증가함에 따라 유동성이 증가한다. 그러나, D50이 너무 큰 경우에는, 소결성이 감소하고, 오스테나이트계 스테인리스 강으로 만들어진 고밀도(91% 이상의 상대 밀도)를 갖는 소결품은 얻을 수 없다. 따라서, D50은 30㎛ 이하일 필요가 있다. D50은 바람직하게는 28㎛ 이하이다.On the other hand, as D 50 increases, the fluidity increases. However, when D 50 is too large, the sinterability decreases, and a sintered product having a high density (relative density of 91% or more) made of austenitic stainless steel cannot be obtained. Therefore, D 50 needs to be 30 μm or less. D 50 is preferably 28 μm or less.
일반적으로, 합금분의 입자 크기 분포가 좁아짐에 따라 소결 밀도가 증가한다. 한편, 필요 이상으로 합금분의 입자 크기 분포를 좁히는 것은 합금분의 비용의 증가를 초래한다. 비교적 높은 소결 밀도 및 낮은 비용을 얻기 위해, 합금분은 바람직하게는 (a) 7㎛ 이상 13㎛ 이하의 10% 지름 (D10), 및 (b) 40㎛ 이상 65㎛ 이하의 90% 지름 (D90)을 갖는다.In general, as the particle size distribution of the alloy powder narrows, the sintering density increases. On the other hand, narrowing the particle size distribution of the alloy powder more than necessary causes an increase in the cost of the alloy powder. In order to obtain a relatively high sintering density and low cost, the alloy powder is preferably (a) a 10% diameter (D 10 ) of 7 μm or more and 13 μm or less, and (b) a 90% diameter of 40 μm or more and 65 μm or less ( D 90 ).
1.2. 유동성 개선 입자1.2. Fluidity-improving particles
"유동성 개선 입자"는 금속 산화물(들)로 만들어진 나노미터 크기의 입자를 지칭한다. 소정량의 금속 산화물 나노입자들이 20~30㎛의 합금분에 부가되면, 합금분의 유동성이 향상된다. 이는, 유동성 개선 입자가 합금분 사이의 마찰 저항을 감소시키기 때문이라고 생각되고 있다."Flow improving particle" refers to nanometer-sized particles made of metal oxide(s). When a predetermined amount of metal oxide nanoparticles are added to the alloy powder of 20 to 30 μm, the fluidity of the alloy powder is improved. This is thought to be because the fluidity-improving particles reduce the frictional resistance between the alloy powders.
1.2.1. 조성1.2.1. Furtherance
본 발명에서, 유동성 개선 입자는 Al2O3, MgO, ZrO2, Y2O3, CaO, SiO2 또는 TiO2로 만들어진다. 이들 금속 산화물 중 어느 것이라도 오스테나이트계 스테인리스 강으로 만들어진 합금분의 유동성을 향상시키는 큰 효과를 가지며, 따라서, 유동성 개선 입자의 재료로서 적합하다. 유동성 개선 입자는 이들 금속 산화물 중 어느 것으로 만들어질 수도 있으며, 이들 금속 산화물 중의 2개 이상의 혼합체일 수도 있다.In the present invention, the fluidity improving particles are made of Al 2 O 3 , MgO, ZrO 2 , Y 2 O 3 , CaO, SiO 2 or TiO 2 . Any of these metal oxides has a great effect of improving the fluidity of an alloy powder made of austenitic stainless steel, and is therefore suitable as a material for fluidity-improving particles. The fluidity improving particles may be made of any of these metal oxides, and may be a mixture of two or more of these metal oxides.
이들 중에서, ZrO2, SiO2 및/또는 TiO2가 유동성 개선 입자로서 바람직하다. 이는, 이들 금속 산화물을 포함하는 합금분 조성물으로부터 제조되는 소결품이 염수 분사에 대한 내부식성에 있어서 우수하기 때문이다.Among these, ZrO 2 , SiO 2 and/or TiO 2 are preferable as the fluidity improving particles. This is because the sintered product produced from the alloy powder composition containing these metal oxides is excellent in corrosion resistance against salt water spraying.
또한, 유동성 개선 입자의 표면은 소수성일 필요가 있다. 유동성 개선 입자는 큰 표면적을 가지며, 따라서 수분을 흡수하기 용이하다. 유동성 개선 입자가 수분을 흡수할 때, 입자들 사이의 접촉 저항이 증가하며, 합금분 조성물의 유동성이 감소한다.In addition, the surface of the fluidity improving particles needs to be hydrophobic. The fluidity-improving particles have a large surface area and are therefore easy to absorb moisture. When the fluidity improving particles absorb moisture, the contact resistance between the particles increases, and the fluidity of the alloy powder composition decreases.
반면에, 유동성 개선 입자의 표면이 소수성인 경우에, 유동성 개선 입자는 수분을 흡수하는 것이 방지될 수 있고, 프레스 성형 동안의 합금분 조성물의 유동성이 향상된다.On the other hand, when the surface of the fluidity improving particles is hydrophobic, the fluidity improving particles can be prevented from absorbing moisture, and the fluidity of the alloy powder composition during press molding is improved.
유동성 개선 입자의 표면을 소수성으로 만드는 방법으로서, 예를 들어, 유동성 개선 입자의 표면을 실란커플링제로 처리하는 방법이 있다. 실란커플링제를 이용한 처리의 구체사항은 후술할 것이다.As a method of making the surface of the fluidity improving particles hydrophobic, for example, there is a method of treating the surface of the fluidity improving particles with a silane coupling agent. Specific details of the treatment using the silane coupling agent will be described later.
1.2.2. 평균 입경1.2.2. Average particle diameter
유동성 개선 입자가 너무 작은 D50을 갖는 경우에, 유동성 개선 효과가 얻어질 수 없다. 따라서, 유동성 개선 입자는 5nm 이상, 바람직하게는 6nm 이상의 D50을 가질 필요가 있다.When the fluidity improving particles have too small D 50 , the fluidity improving effect cannot be obtained. Therefore, the fluidity improving particles need to have a D 50 of 5 nm or more, preferably 6 nm or more.
한편, 유동성 개선 입자가 너무 큰 D50을 갖는 경우에, 높은 밀도를 갖는 소결체가 얻어질 수 있다. 따라서, 유동성 개선 입자는 35nm 이하, 바람직하게는 20nm 이하의 D50을 가질 필요가 있다.On the other hand, when the fluidity improving particles have too large D 50 , a sintered body having a high density can be obtained. Therefore, the fluidity improving particles need to have a D 50 of 35 nm or less, preferably 20 nm or less.
1.2.3. 함유량1.2.3. content
"유동성 개선 입자의 함유량"은 합금분 조성물의 전체 질량(Wtotal)에 대한 유동성 개선 입자의 질량(Wp)의 비율(=Wp×100/Wtotal)을 지칭한다."Content of the fluidity improving particles" refers to the ratio of the mass (W p ) of the fluidity improving particles to the total mass (W total) of the alloy powder composition (=W p × 100/W total ).
유동성 개선 입자의 함유량이 너무 작으면, 합금분의 유동성이 감소한다. 높은 유동성을 얻기 위해, 유동성 개선 입자의 함유량은 0.005질량% 이상일 필요가 있다. 유동성 개선 입자의 함유량은 바람직하게는 0.01질량% 이상이다.If the content of the fluidity improving particles is too small, the fluidity of the alloy powder decreases. In order to obtain high fluidity, the content of the fluidity improving particles needs to be 0.005% by mass or more. The content of the fluidity improving particles is preferably 0.01% by mass or more.
한편, 유동성 개선 입자의 함유량이 과도한 경우에, 합금분의 소결성이 감소한다. 따라서, 유동성 개선 입자의 함유량은 0.200질량% 이하일 필요가 있다. 유동성 개선 입자의 함유량은 바람직하게는 0.100질량% 이하이다.On the other hand, when the content of the fluidity improving particles is excessive, the sinterability of the alloy powder decreases. Therefore, the content of the fluidity improving particles needs to be 0.200% by mass or less. The content of the fluidity improving particles is preferably 0.100% by mass or less.
1.3. 윤활제1.3. slush
1.3.1. 조성1.3.1. Furtherance
유동성 개선 입자에 더하여, 합금분에 윤활제가 부가된다. 윤활제는 프레스 성형 동안에 금형으로부터 성형체의 분출(ejection)을 촉진하기 위해 부가된다.In addition to the fluidity improving particles, a lubricant is added to the alloy powder. Lubricants are added to facilitate ejection of the molded body from the mold during press molding.
윤활제의 조성은, 윤활 효과를 갖는 화합물인 한, 특별히 한정되지 않는다. 윤활제의 예는 스테아린산 리튬(lithium stearate), 스테아린산 아연, 에틸렌 비스 스테아린산 아미드, 스테아린산 칼슘, 스테아린산 마그네슘, 스테아린산 알루미늄, 및 스테아린산 바륨을 포함한다. 이러한 윤활제는 단독으로, 또는 그 2 이상의 조합으로 사용될 수도 있다.The composition of the lubricant is not particularly limited as long as it is a compound having a lubricating effect. Examples of lubricants include lithium stearate, zinc stearate, ethylene bis stearate amide, calcium stearate, magnesium stearate, aluminum stearate, and barium stearate. These lubricants may be used alone or in combination of two or more thereof.
1.3.2. 함유량1.3.2. content
"윤활제의 함유량"은 합금분 조성물의 전체 질량(Wtotal)에 대한 윤활제의 질량(WL)의 비율(=WL×100/Wtotal)을 지칭한다."Content of lubricant" refers to the ratio of the mass (W L ) of the lubricant to the total mass (W total) of the alloy powder composition (=W L × 100/W total ).
윤활제의 함유량이 너무 작으면, 합금분의 소결성이 감소한다. 따라서, 윤활제의 함유량은 0.5질량% 이상일 필요가 있다. 윤활제의 함유량은 바람직하게는 0.7질량% 이상이며, 더욱 바람직하게는 0.8질량% 이상이다.If the content of the lubricant is too small, the sinterability of the alloy powder decreases. Therefore, the content of the lubricant needs to be 0.5% by mass or more. The content of the lubricant is preferably 0.7% by mass or more, and more preferably 0.8% by mass or more.
한편, 윤활제의 함유량이 과도한 경우에, 합금분의 유동성이 감소한다. 따라서, 윤활제의 함유량은 1.5질량% 이하일 필요가 있다. 윤활제의 함유량은 바람직하게는 1.3질량% 이하이며, 더욱 바람직하게는 1.2질량% 이하이다.On the other hand, when the content of the lubricant is excessive, the fluidity of the alloy powder decreases. Therefore, the content of the lubricant needs to be 1.5% by mass or less. The content of the lubricant is preferably 1.3% by mass or less, more preferably 1.2% by mass or less.
1.4. 실린커플링제로의 처리1.4. Treatment with Cylindrical Coupling Agent
1.4.1. 개요1.4.1. summary
"실란커플링제로의 처리(SC 처리)"는 실란커플링제로 만들어진 코팅막으로 합금분의 표면을 코팅하는 처리를 지칭한다. 실란커플링제의 타입은 특별히 한정되지 않으며, 목적에 따라서 최적의 타입의 선택될 수 있다."Treatment with a silane coupling agent (SC treatment)" refers to a treatment of coating the surface of an alloy powder with a coating film made of a silane coupling agent. The type of the silane coupling agent is not particularly limited, and the optimum type may be selected according to the purpose.
실란커플링제의 예는, 3-메타크릴록시 프로필 트리메톡시실란, 3-메타크릴록시프로필트리에톡시실란, 및 3-메타크릴록시프로필메틸레톡시실란을 포함한다.Examples of the silane coupling agent include 3-methacryloxypropyl trimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, and 3-methacryloxypropylmethylethoxysilane.
합금분 표면에의 SC 처리는, 유동성 개선 입자와 유사하게, 합금분의 유동성을 향상시키는 효과를 가진다. 이는, 합금분이 표면이 SC 처리에 의해 소수성이 되어 수분 흡수를 방지하기 때문이라고 생각된다.The SC treatment on the surface of the alloy powder has an effect of improving the fluidity of the alloy powder, similar to the fluidity-improving particles. This is considered to be because the surface of the alloy powder becomes hydrophobic by the SC treatment to prevent moisture absorption.
SC 처리는, 유동성 개선 입자의 부가에 대체하여, 또는 유동성 개선 입자의 부가에 더하여 수행될 수도 있다. SC 처리와 유동성 개선 입자의 부가가 동시에 수행되면, 합금분의 소수성 기능이 향상되며 유동성이 더욱 향상된다는 이점이 있다.The SC treatment may be performed in place of the addition of the flowability improving particles, or in addition to the addition of the flowability improving particles. When the SC treatment and the addition of the fluidity improving particles are performed at the same time, there is an advantage that the hydrophobic function of the alloy powder is improved and the fluidity is further improved.
1.4.2 코팅막의 함유량1.4.2 Content of coating film
"코팅막의 함유량"은, 합금분 조성물의 전체 질량(Wtotal)에 대한, SC 처리에 의해 도입된 코팅막의 질량(WSC)의 비율(=WSC×100/Wtotal)을 지칭한다."Content of the coating film" refers to the ratio (=W SC × 100/W total ) of the mass (W SC ) of the coating film introduced by the SC treatment with respect to the total mass (W total) of the alloy powder composition.
코팅막의 함유량이 너무 작으면, 합금분의 유동성이 감소한다. 따라서, 코팅막의 함유량은 0.005질량% 이상일 필요가 있다. 코팅막의 함유량은 바람직하게는 0.01질량% 이상이다.If the content of the coating film is too small, the fluidity of the alloy powder decreases. Therefore, the content of the coating film needs to be 0.005% by mass or more. The content of the coating film is preferably 0.01% by mass or more.
한편, 코팅막의 함유량이 과도한 경우에, 합금분의 소결성이 감소한다. 따라서, 코팅막의 함유량은 0.300질량% 이하일 필요가 있다. 코팅막의 함유량은 바람직하게는 0.100질량% 이하이다.On the other hand, when the content of the coating film is excessive, the sinterability of the alloy powder decreases. Therefore, the content of the coating film needs to be 0.300% by mass or less. The content of the coating film is preferably 0.100% by mass or less.
2. 합금분 조성물을 생산하는 방법2. Method for producing alloy powder composition
본 발명에 따른 합금분 조성물은, (a) 필요에 따라 합금분에 SC 처리를 적용시키고, 그에 윤활제를 부가하여 혼합하고, (b) 합금분과 윤활제의 혼합체에 유동성 개선 입자를 더욱 부가하여 그들을 혼합함으로써 생산될 수 있다. 다른 방법으로는, 본 발명에 따른 합금분 조성물은 (a') 합금분에 SC 처리를 적용시키고, 그에 윤활제를 부가하여 혼합합으로써 생산될 수 있다.The alloy powder composition according to the present invention includes (a) applying SC treatment to the alloy powder as necessary, adding a lubricant thereto, and mixing, (b) further adding fluidity-improving particles to the mixture of the alloy powder and the lubricant to mix them. It can be produced by doing. Alternatively, the alloy powder composition according to the present invention can be produced by (a') applying the SC treatment to the alloy powder, adding a lubricant thereto, and mixing.
합금분을 생산하는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 합금분을 생산하는 방법의 예는, 물 분사법, 가스 분사법, 멜트 스피닝법, 회전 전극법 및 환원법을 포함한다.The method of producing the alloy powder is not particularly limited. Examples of the method of producing the alloy powder include a water injection method, a gas injection method, a melt spinning method, a rotating electrode method, and a reduction method.
원료 블렌드(raw material blend)를 혼합하는 방법도 특별히 한정되지 않는다. 원료 블렌드를 혼합하는 믹서의 예는, 더블콘 믹서 및 V콘 믹서를 포함한다.The method of mixing the raw material blend is also not particularly limited. Examples of the mixer for mixing the raw material blend include a double cone mixer and a V cone mixer.
더욱 구체적으로, SC 처리는 바람직하게는, 실란커플링제를 함유하는 용액을 합금분에 분사하고 이를 건조시킴으로써 수행된다.More specifically, the SC treatment is preferably carried out by spraying a solution containing a silane coupling agent onto the alloy powder and drying it.
3. 기능3. Function
도 1은, 양자(both)가 모두 약 60㎛의 50% 지름(D50)을 갖는 오스테나이트계 스테인리스 강(SUS304L) 분말 및 페라이트계 스테인리스 강(SUS434L) 분말을 사용하여 소결품이 생산될 때, 성형 압력과 압분 밀도와 소결 밀도 사이의 관계를 나타낸다. 소결 온도는 1200℃로 설정되었다. 성형 압력이 동일한 경우에, 압분 밀도는 분말 조성에 무관하게 실질적으로 동일했다. 그러나, 소결 밀도는 대체로 분말 조성에 의존하며, 오스테나이트계 스테인리스 강은 페라이트계 스테인리스 강보다 더 낮은 소결 밀도를 갖는다.1 shows when a sintered product is produced using austenitic stainless steel (SUS304L) powder and ferritic stainless steel (SUS434L) powder having both (both) of 50% diameter (D 50) of about 60 μm , The molding pressure and the relationship between the green density and the sintering density are shown. The sintering temperature was set at 1200°C. In the case of the same molding pressure, the green compact density was substantially the same regardless of the powder composition. However, the sintering density largely depends on the powder composition, and austenitic stainless steels have a lower sintering density than ferritic stainless steels.
예를 들어, 성형 압력이 7t/cm2였을 때, 압분 밀도는 오스테나이트계 스테인리스 강과 페라이트계 스테인리스 강의 각각에서 약 83%이다. 한편, 페라이트 스테인리스 강의 소결 밀도는 약 91%(약 8% 증가)이며, 반면에 오스테나이트계 스테인리스 강의 소결 밀도는 약86~87%(약 3~4% 증가)이다. 이는, 오스테나이트에서의 Fe의 확산 계수가 페라이트에서보다 낮기 때문이라고 생각된다.For example, when the molding pressure was 7t/cm 2 , the green compaction density was about 83% in each of austenitic stainless steel and ferritic stainless steel. On the other hand, the sintered density of ferritic stainless steel is about 91% (approximately 8% increase), while the sintered density of austenitic stainless steel is about 86-87% (approximately 3-4% increase). This is considered to be because the diffusion coefficient of Fe in austenite is lower than that in ferrite.
전술한 바와 같이, 프레스 성형법을 사용하여 소결품이 제조되는 경우에, 약 60㎛의 D50을 갖는 합금분이 일반적으로 사용된다. 약 60㎛의 D50을 갖는 합금분은 유동성이 우수하고 비용이 낮지만, 낮은 소결성을 갖는다. 따라서, 낮은 소결성을 갖는 오스테나이트계 스테인리스 강 분말을 사용하여 일반적인 조건에서 소결품이 생산되면, 달성할 수 있는 소결 밀도는 90% 미만이다.As described above, when a sintered product is produced using a press molding method, an alloy powder having a D 50 of about 60 μm is generally used. The alloy powder having a D 50 of about 60 μm is excellent in fluidity and low in cost, but has low sinterability. Therefore, when a sintered product is produced under general conditions using austenitic stainless steel powder having low sinterability, the achievable sintering density is less than 90%.
한편, 고밀도 소결체를 얻는 방법으로서, 예를 들어, 금속 주입 성형(MIM)법이 알려져 있다. 약 10㎛의 D50을 갖는 분말이 MIM법에서 사용되기 때문에, 오스테나이트계 스테인리스 강에 대해서도, 소결 밀도는 약 97%에 이른다. 그러나, MIM법은 높은 공정 비용을 갖는다.On the other hand, as a method of obtaining a high-density sintered body, for example, a metal injection molding (MIM) method is known. Since a powder having a D 50 of about 10 mu m is used in the MIM method, the sintered density reaches about 97% even for austenitic stainless steel. However, the MIM method has a high process cost.
반면에, 20~30㎛의 D50을 갖는 합금분은 높은 소결성, 낮은 유동성을 갖는다. 그러한 합금분에 소정의 조건을 만족시키는 유동성 개선 입자가 부가되면, 높은 소결성을 유지하면서 유동성이 향상될 수 있다. 따라서, 그러한 합금분 조성물이 원료로서 사용되면, 저비용 프레스 성형법을 사용하여 고밀도 및 고내열성을 갖는 소결품이 제조될 수 있다. 구체적으로, 오스테나이트계 스테인리스 강으로 만들어진 합금분에서도, 프레스 성형법에 의해 91% 이상의 소결 밀도가 얻어질 수 있다.On the other hand, the alloy powder having a D 50 of 20 to 30 μm has high sinterability and low fluidity. When fluidity improving particles satisfying predetermined conditions are added to such an alloy powder, fluidity can be improved while maintaining high sinterability. Therefore, if such an alloy powder composition is used as a raw material, a sintered product having high density and high heat resistance can be produced using a low-cost press molding method. Specifically, even in an alloy powder made of austenitic stainless steel, a sintered density of 91% or more can be obtained by a press forming method.
유동성 개선 입자의 부가에 대체하여, 또는 그 부가에 더하여, 합금분의 표면에 SC 처리가 적용되면, 동일한 효과가 얻어질 수 있다.In place of or in addition to the addition of the fluidity improving particles, the same effect can be obtained if the SC treatment is applied to the surface of the alloy powder.
실시예Example
(실시예 1~41, 비교예 1~14)(Examples 1 to 41, Comparative Examples 1 to 14)
1. 샘플의 생산1. Sample production
SUS304L, SUS316L, SUS310S, 또는 SUS890L이 합금분으로서 사용되었다. 합금분은 물 분사법에 의해 생산되었다. 분류 방법에 의해 합금분의 50% 지름(D50)과 입자 크기 분포가 제어되었다. 또한, 합금분의 일부는 실란커플링제, 3-메타크릴록시 프로필 트리메톡시실란으로 전처리(pre-treat)되었다. SUS304L, SUS316L, SUS310S, or SUS890L was used as the alloy powder. The alloy powder was produced by the water spray method. The 50% diameter (D 50 ) and particle size distribution of the alloy powder were controlled by the classification method. In addition, some of the alloy powder was pre-treated with a silane coupling agent, 3-methacryloxy propyl trimethoxysilane.
SiO2, Al2O3, MgO, ZrO2, Y2O3, CaO, 또는 TiO2가 유동성 개선 입자로서 사용되었다. 97% 이상의 화합물 순도를 갖는 반응자(reagent)를 마멸기(attritor)로 나노사이즈로 분쇄함으로써, 유동성 개선 입자가 생산된다. 비교예 9를 제외하고, 유동성 개선 입자의 표면은 3-메타크릴록시 프로필 트리메톡시실란으로 SC 처리 적용된다. SiO 2 , Al 2 O 3 , MgO, ZrO 2 , Y 2 O 3 , CaO, or TiO 2 were used as the fluidity improving particles. By pulverizing a reagent having a compound purity of 97% or more into nano-sized with an attritor, particles with improved fluidity are produced. Except for Comparative Example 9, the surface of the flowability improving particles was subjected to SC treatment with 3-methacryloxy propyl trimethoxysilane.
또한, 스테아린산 리튬, 스테아린산 아연, 또는 에틸렌 비스 스테아린산 아미드가 윤활제로서 사용되었다.In addition, lithium stearate, zinc stearate, or ethylene bis stearic acid amide were used as lubricants.
필요에 따라 합금분에 SC 처리가 수행된 후에, 소정량의 윤활제가 합금분에 부가되었으며, 더블 콘 믹서를 사용하여 원료가 혼합되었다. 또한, 필요에 따라 소정의 수의 유동성 개선 입자가 부가되고, 더블 콘 믹서를 사용하여 원료가 혼합되어, 합금분 조성물을 얻었다.After the SC treatment was performed on the alloy powder as necessary, a predetermined amount of lubricant was added to the alloy powder, and the raw materials were mixed using a double cone mixer. Further, if necessary, a predetermined number of fluidity improving particles were added, and the raw materials were mixed using a double cone mixer to obtain an alloy powder composition.
얻어진 합금분 조성물은 11mm의 내경을 갖는 금형에 채워졌으며, 수압 프레스를 사용하여 686MPa의 압력에서 프레스 성형되었다. 프레스 성형은 70℃ 이하에서 수행되었다.The obtained alloy powder composition was filled into a mold having an inner diameter of 11 mm, and press-molded at a pressure of 686 MPa using a hydraulic press. Press molding was performed at 70°C or lower.
또한, 성형체에 열처리가 적용되어 소결체를 얻었다. 소결 온도는 1170℃였다. 소결 분위기는 진공이었다.Further, heat treatment was applied to the molded body to obtain a sintered body. The sintering temperature was 1170°C. The sintering atmosphere was vacuum.
2. 테스트 방법2. Test method
2.1. 분말 특성2.1. Powder properties
2.1.1. 합금분의 입자 크기 분포2.1.1. Particle size distribution of alloy powder
합금분의 입자 사이즈 분포는 레이저 회절법(Microtrac, MT-3300)으로 측정되었다. 얻어진 입자 크기 분포에서, D50(평균치, 누적 50%), D10(누적 10%) 및 D90(누적 90%)이 계산되었다.The particle size distribution of the alloy powder was measured by laser diffraction (Microtrac, MT-3300). From the obtained particle size distribution, D 50 (average, cumulative 50%), D 10 (cumulative 10%) and D 90 (cumulative 90%) were calculated.
2.1.2. 합금분 조성물의 유동성 평가2.1.2. Evaluation of flowability of alloy powder composition
금속분의 유동성을 측정하는 방법(JIS Z 2502: 2012)에 따라 합금분의 유동성이 평가되었다. 그러나, 윤활제가 합금분에 부가되면, 유동성이 감소하고, 금속분의 유동성을 측정하는 방법(JIS Z 2502: 2012)에서 사용되는 2.63mm의 공경(pore diameter)을 갖는 깔때기를 통해 합금분이 흐르지 않는다. 따라서, 금속분의 외견 밀도(apparent density)를 측정하는 방법(JIS Z 2504:2012)에서 사용되는 5mm의 공경을 갖는 깔때기가 사용되었다. 50g의 합금분 조성물을 깔때기에 넣었고, 합금분 조성물이 완전히 다 흐를 때까지의 시간이 측정되었다.The flowability of the alloy powder was evaluated according to the method of measuring the flowability of the metal powder (JIS Z 2502: 2012). However, when a lubricant is added to the alloy powder, the fluidity decreases, and the alloy powder does not flow through the funnel having a pore diameter of 2.63 mm used in the method of measuring the fluidity of the metal powder (JIS Z 2502: 2012). Therefore, a funnel having a pore diameter of 5 mm used in a method of measuring the apparent density of metal powder (JIS Z 2504:2012) was used. 50 g of the alloy powder composition was put into the funnel, and the time until the alloy powder composition completely flowed was measured.
2.2. 소결체 특성2.2. Sintered body characteristics
2.2.1. 소결체의 상대 밀도2.2.1. Relative density of sintered body
소결체의 밀도가 측정되어 소결체의 상대 밀도를 계산하였다. SUS304L: 7.93g/cm3, SUS316L: 7.98g/cm3, SUS310S: 7.98g/cm3, 및 SUS890L: 8.05g/cm3이 실제 밀도로서 사용되었다.The density of the sintered body was measured to calculate the relative density of the sintered body. SUS304L: 7.93 g/cm 3 , SUS316L: 7.98 g/cm 3 , SUS310S: 7.98 g/cm 3 , and SUS890L: 8.05 g/cm 3 were used as actual densities.
2.2.2. 경도2.2.2. Hardness
JIS Z 2245: 2016에 따라 록웰 경도(HRB) 테스트가 수행되었다.Rockwell hardness (HRB) test was performed according to JIS Z 2245: 2016.
2.2.3. 내부식성2.2.3. Corrosion resistance
JIS Z 2371: 2015에 따라 중성 염수 분사 테스트가 수행되었다. 내부식성의 평가는 부식이 확인(24, 48, 72, 96 및 120시간에서 녹이 발생하였는지의 여부를 확인)된 시간으로 기술되었으며, 120시간이 지난 후에도 부식이 발생하지 않은 경우는 "120<"으로 기술하였다.The neutral brine spray test was performed according to JIS Z 2371: 2015. The evaluation of corrosion resistance was described as the time at which corrosion was confirmed (confirmation of whether rust occurred in 24, 48, 72, 96 and 120 hours), and "120<" if no corrosion occurred after 120 hours. It was described as.
3. 결과3. Results
3.1. 표 1(실시예 1~20, 비교예 1~9)3.1. Table 1 (Examples 1 to 20, Comparative Examples 1 to 9)
표 1은 합금분 조성물과 소결체, 합금분의 입경, 유동성 개선 입자의 평균 입경 및 함유량, 및 윤활제의 타입 및 함유량을 나타낸다. 도 2는 실시예 1과 비교예 1에서 얻어진 소결체의 염수 분사 테스트의 결과를 나타낸다. 다음의 사항은 표 1 및 도 2로부터 알 수 있다.Table 1 shows the alloy powder composition and the sintered body, the particle diameter of the alloy powder, the average particle diameter and content of the fluidity improving particles, and the type and content of the lubricant. 2 shows the results of a salt water spray test of the sintered bodies obtained in Example 1 and Comparative Example 1. FIG. The following can be seen from Table 1 and FIG. 2.
[표 1] (계속)[Table 1] (continued)
3.1.1. 합금분의 입경(실시예 1~5, 비교예 1~3)3.1.1. The particle size of the alloy powder (Examples 1 to 5, Comparative Examples 1 to 3)
(1) 합금분이 63.2㎛의 D50을 갖는 경우에, 합금분 조성물의 유동성은 높았지만, 소결체의 소결 밀도, 경도 및 내부식성은 감소하였다(비교예 1). 합금분이 33.4㎛의 D50을 갖는 경우에, 경도 및 내부식성은 향상되었지만, 소결 밀도(상대 밀도)는 91% 미만이었다(비교예 2).(1) When the alloy powder had a D 50 of 63.2 μm, the flowability of the alloy powder composition was high, but the sintered density, hardness and corrosion resistance of the sintered body were decreased (Comparative Example 1). When the alloy powder had a D 50 of 33.4 µm, the hardness and corrosion resistance were improved, but the sintered density (relative density) was less than 91% (Comparative Example 2).
(2) 합금분이 20㎛ 미만의 D50을 갖는 경우에, 소결체의 소결 밀도, 경도 및 내부식성은 높았지만, 합금분 조성물의 유동성은 감소하였다(비교예 3). (2) When the alloy powder had a D 50 of less than 20 μm, the sintered density, hardness and corrosion resistance of the sintered body were high, but the fluidity of the alloy powder composition was decreased (Comparative Example 3).
(3) 합금분이 20~30㎛의 D50을 갖는 경우에, 합금분 조성물의 유동성은 높았지만, 소결체의 소결 밀도, 경도 및 내부식성은 높았으며, 합금분 조성물의 유동성도 증가하였다(실시예 1~5).(3) When the alloy powder had a D 50 of 20 to 30 μm, the flowability of the alloy powder composition was high, but the sintered density, hardness and corrosion resistance of the sintered body were high, and the flowability of the alloy powder composition was also increased (Example 1~5).
(4) 소결체의 소결 밀도가 증가함에 따라 내부식성이 증가하였다(도 2).(4) As the sintered density of the sintered body increased, the corrosion resistance increased (Fig. 2).
3.1.2. 유동성 개선 입자의 함유량(실시예 6~10, 비교예 4)3.1.2. Content of fluidity improving particles (Examples 6 to 10, Comparative Example 4)
(1) 유동성 개선 입자(SiO2)의 함유량이 0.050~0.200질량%인 경우에, 합금분 조성물의 유동성은 증가했으며, 소결 밀도도 증가하였다(실시예 6~10).(1) Fluidity improvement When the content of particles (SiO 2 ) was 0.050 to 0.200 mass%, the fluidity of the alloy powder composition increased, and the sintering density also increased (Examples 6 to 10).
(2) 유동성 개선 입자의 함유량이 과도한 경우에, 소결 밀도가 감소하였다(비교예 4).(2) When the content of the fluidity improving particles was excessive, the sintered density decreased (Comparative Example 4).
3.1.3. 윤활제의 타입 및 함유량(실시예 11~14, 비교예 5~6)3.1.3. Type and content of lubricant (Examples 11 to 14, Comparative Examples 5 to 6)
(1) 윤활제의 함유량이 작은 경우에, 소결체의 소결 밀도가 감소하였다(비교예 5). 한편, 윤활제의 함유량이 과도한 경우에, 소결 밀도가 감소하며, 합금분의 유동성도 감소했다(비교예 6).(1) When the content of the lubricant was small, the sintered density of the sintered body decreased (Comparative Example 5). On the other hand, when the content of the lubricant was excessive, the sintering density decreased, and the fluidity of the alloy powder also decreased (Comparative Example 6).
(2) 윤활제의 함유량이 적절한 경우, 소결체의 소결 밀도가 높았으며, 합금분 조성물의 유동성도 증가하였다(실시예 11 및 12).(2) When the content of the lubricant was appropriate, the sintered density of the sintered body was high, and the fluidity of the alloy powder composition was also increased (Examples 11 and 12).
(3) 윤활제의 타입이 바뀌어도, 거의 동일한 효과가 관찰되었다(실시예 13 및 14).(3) Even when the type of lubricant was changed, almost the same effect was observed (Examples 13 and 14).
3.1.4. 유동성 개선 입자의 지름 및 SC 처리(실시예 15~20, 비교예 7~9)3.1.4. Fluidity-improving particle diameter and SC treatment (Examples 15 to 20, Comparative Examples 7 to 9)
(1) 유동성 개선 입자의 D50이 감소함에 따라 소결체의 소결 밀도가 증가하였다(실시예 15~20).(1) Improved flowability As the D 50 of the particles decreased, the sintered density of the sintered body increased (Examples 15 to 20).
(2) 유동성 개선 입자의 D50이 35nm를 초과하는 경우, 소결체의 소결 밀도가 감소하였다(비교예 7 및 8).(2) When D 50 of the fluidity improving particles exceeded 35 nm, the sintered density of the sintered body decreased (Comparative Examples 7 and 8).
(3) 유동성 개선 입자에 SC 처리가 적용되지 않는 경우에, 유동성은 감소하였다(비교예 9).(3) Flowability improvement When the SC treatment was not applied to the particles, the flowability decreased (Comparative Example 9).
3.2. 표 2(실시예 21~28)3.2. Table 2 (Examples 21-28)
표 2는 합금분 조성물과 소결체, 및 유동성 개선 입자의 조성의 특성을 나타낸다. 다음의 사항은 표 2로부터 알 수 있다.Table 2 shows the properties of the composition of the alloy powder composition, the sintered body, and the fluidity-improving particles. The following can be seen from Table 2.
(1) Al2O3, MgO, ZrO2, Y2O3, CaO, 또는 TiO2가 유동성 개선 입자로서 사용된 경우에, 합금분 조성물의 유동성이 높았으며, 소결체의 소결 밀도, 경도, 및 내부식성도 증가하였다(실시예 21~26).(1) When Al 2 O 3 , MgO, ZrO 2 , Y 2 O 3 , CaO, or TiO 2 were used as the fluidity improving particles, the fluidity of the alloy powder composition was high, and the sintered density, hardness, and Corrosion resistance was also increased (Examples 21-26).
(2) 2종류의 재료가 유동성 개선 입자로서 사용된 경우에도, 거의 동일한 효과가 관찰되었다(실시예 27 및 28).(2) Even when two types of materials were used as the fluidity improving particles, almost the same effect was observed (Examples 27 and 28).
(3) ZrO2 또는 TiO2를 함유하는 소결체는, 다른 유동성 개선 입자를 함유하는 소결체보다 더 높은 내부식성을 갖는다(실시예 23, 실시예 26).(3) The sintered body containing ZrO 2 or TiO 2 has higher corrosion resistance than the sintered body containing other fluidity improving particles (Examples 23 and 26).
3.3. 표 3(실시예 29~34, 비교예 10~12)3.3. Table 3 (Examples 29 to 34, Comparative Examples 10 to 12)
표 3은 합금분 조성물과 소결체, 및 합금분의 조성물의 특성을 나타낸다. 다음의 사항은 표 3으로부터 알 수 있다.Table 3 shows the properties of the alloy powder composition and the sintered body, and the composition of the alloy powder. The following can be seen from Table 3.
(1) 합금분의 조성물이 상이한 경우에도, 적절한 수의 유동성 개선 입자를 부가함으로써 합금분 조성물의 유동성이 증가하였으며, 소결체의 소결 밀도, 경도 및 내부식성도 증가하였다(실시예 29~34).(1) Even when the composition of the alloy powder was different, the flowability of the alloy powder composition was increased by adding an appropriate number of flowability improving particles, and the sintered density, hardness and corrosion resistance of the sintered body were also increased (Examples 29-34).
(2) 유동성 개선 입자가 전혀 부가되지 않은 경우에, 합금분의 조성과 무관하게 합금분 조성물의 유동성은 감소하였다. 그 결과, 소결체의 소결 밀도, 경도 및 내부식성도 감소하였다(비교예 10~12).(2) Improved flowability When no particles were added, the flowability of the alloy powder composition decreased regardless of the composition of the alloy powder. As a result, the sintered density, hardness and corrosion resistance of the sintered body were also reduced (Comparative Examples 10 to 12).
3.4. 표 4(실시예 35~41, 비교예 13 및 14)3.4. Table 4 (Examples 35 to 41, Comparative Examples 13 and 14)
표 4는 합금분 조성물과 소결체, 및 SC 처리의 특성을 나타낸다. 다음의 사항은 표 4로부터 알 수 있다.Table 4 shows the properties of the alloy powder composition, the sintered body, and the SC treatment. The following can be seen from Table 4.
(1) 유동성 개선 입자를 부가하는 대신에 SC 처리가 수행되는 경우에도, 합금분 조성물의 유동성은 증가하였으며, 소결체의 소결 밀도, 경도 및 내부식성은 증가하였다(실시예 35~40).(1) Improved flowability Even when the SC treatment was performed instead of adding particles, the flowability of the alloy powder composition increased, and the sintered density, hardness and corrosion resistance of the sintered body increased (Examples 35 to 40).
(2) SC 처리에 의한 코팅막의 함유량이 너무 작은 경우에, 합금분 조성물의 유동성이 감소하였다(비교예 13). 한편, SC 처리에 의한 코팅막의 함유량이 과도한 경우에, 소결체의 소결 밀도는 감소하였다(비교예 14).(2) When the content of the coating film by the SC treatment was too small, the fluidity of the alloy powder composition decreased (Comparative Example 13). On the other hand, when the content of the coating film by the SC treatment was excessive, the sintered density of the sintered body decreased (Comparative Example 14).
(3) 유동성 개선 입자(SiO2)의 부가 및 SC 처리가 모두 행해진 경우에, 실질적으로 동일한 효과가 얻어졌다(실시예 41).(3) When both the addition of the fluidity improving particles (SiO 2 ) and the SC treatment were performed, substantially the same effect was obtained (Example 41).
(실시예 42, 비교예 15)(Example 42, Comparative Example 15)
1. 샘플의 제조1. Preparation of the sample
소결 온도가 변경된 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방식으로 SUS304L 분말(D50=25.1㎛, 고밀도 분)을 사용하여 소결체가 제조되었다(실시예 42). 소결 온도가 변경된 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방식으로 SUS304L 분말(D50=63.2㎛, 일반적인 소결분)을 사용하여 다른 소결체가 제조되었다(비교예 15). A sintered body was prepared using SUS304L powder (D 50 =25.1 µm, high density powder) in the same manner as in Example 3, except that the sintering temperature was changed (Example 42). Another sintered body was prepared using SUS304L powder (D 50 =63.2 µm, general sintered powder) in the same manner as in Comparative Example 1 except that the sintering temperature was changed (Comparative Example 15).
2. 테스트 방법2. Test method
2.1. 소결체의 상대 밀도2.1. Relative density of sintered body
소결체의 상대 밀도는 실시예 3에서와 동일한 방식으로 측정되었다.The relative density of the sintered body was measured in the same manner as in Example 3.
2.2. 경도2.2. Hardness
록웰 경도(HRB) 테스트는 실시예 3에서와 동일한 방식으로 수행되었다.The Rockwell hardness (HRB) test was performed in the same manner as in Example 3.
3. 결과3. Results
도 3은 소결 온도가 SUS304L 소결체의 소결 밀도에 미치는 영향을 나타낸다. 도 4는 SUS304L 소결체의 소결 밀도와 경도 사이의 관계를 나타낸다. 다음의 사항은 도 3 및 도 4로부터 알 수 있다.3 shows the effect of the sintering temperature on the sintered density of the SUS304L sintered body. 4 shows the relationship between the sintered density and hardness of the SUS304L sintered body. The following can be seen from FIGS. 3 and 4.
(1) 소결 온도가 상승함에 따라 소결 밀도가 증가하였다. 특히, 약 25㎛의 D50을 갖는 합금분이 사용되는 경우에, 소결 온도가 1170℃ 이상이었을 때, 소결체의 상대 밀도는 91%를 초과하였다. 그러나, 약 60㎛의 D50을 갖는 합금분이 사용되는 경우에, 소결 온도가 1250℃이었을 때에도 상대 밀도는 90% 미만이었다.(1) As the sintering temperature increased, the sintering density increased. In particular, when an alloy powder having a D 50 of about 25 μm is used, the relative density of the sintered body exceeded 91% when the sintering temperature was 1170° C. or higher. However, when an alloy powder having a D 50 of about 60 μm was used, the relative density was less than 90% even when the sintering temperature was 1250°C.
(2) 소결 밀도가 증가함에 따라 경도가 증가하였다.(2) As the sintering density increased, the hardness increased.
본 발명의 실시형태가 상세히 설명되었으나, 본 발명은 이 실시형태에 한정되지 않으며, 본 발명의 본질에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 행해질 수 있다.Although the embodiment of the present invention has been described in detail, the present invention is not limited to this embodiment, and various modifications may be made without departing from the essence of the present invention.
본 발명은 2018년 8월 31일에 출원된 일본특허출원 제2018-163003호에 기초하며, 그 내용은 여기에 참조로서 포함된다.The present invention is based on Japanese Patent Application No. 2018-163003 filed on August 31, 2018, the content of which is incorporated herein by reference.
산업상 이용가능성Industrial applicability
본 발명에 따른 합금분 조성물은 내열성을 요하는 다양한 소결품(예를 들어, 센서 돌기(boss) 및 소결 플랜지)를 제조하는 데에 사용될 수 있다.The alloy powder composition according to the present invention can be used to manufacture various sintered products (eg, sensor bosses and sintered flanges) requiring heat resistance.
Claims (9)
합금분;
0.005질량% 이상 0.200 질량% 이하의 유동성 개선 입자; 및
0.5질량% 이상 1.5질량% 이하의 윤활제
를 포함하며,
상기 합금분은, 오스테나이트계 스테인리스 강으로 만들어지며, 20㎛ 이상 30㎛ 이하의 50% 지름 D50 과, 7㎛ 이상 13㎛ 이하의 10% 지름 D10 및 40㎛ 이상 65㎛ 이하의 90% 지름 D90을 가지며,
상기 유동성 개선 입자는, Al2O3, MgO, ZrO2, Y2O3, CaO, SiO2 및 TiO2로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 하나의 금속 산화물로 만들어지며, 5nm 이상 35nm 이하의 50% 지름 D50을 가지며, 소수성 표면을 갖는 합금분 조성물.As an alloy powder composition,
Alloy powder;
0.005 mass% or more and 0.200 mass% or less of fluidity improving particles; And
0.5% by mass or more and 1.5% by mass or less lubricant
Including,
The alloy powder is made of austenitic stainless steel, 50% diameter D 50 of 20 μm or more and 30 μm or less, 10% diameter D 10 of 7 μm or more and 13 μm or less, and 90% of 40 μm or more and 65 μm or less Has a diameter D 90 ,
The fluidity-improving particles are made of at least one metal oxide selected from the group consisting of Al 2 O 3 , MgO, ZrO 2 , Y 2 O 3 , CaO, SiO 2 and TiO 2, and 50 nm or more and 35 nm or less. An alloy powder composition having a% diameter D 50 and having a hydrophobic surface.
상기 유동성 개선 입자는 ZrO2, SiO2 및 TiO2로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 하나의 금속 산화물로 만들어지는 합금분 조성물. The method of claim 1,
The fluidity-improving particle is an alloy powder composition made of at least one metal oxide selected from the group consisting of ZrO 2 , SiO 2 and TiO 2.
상기 합금분의 입자 표면을 코팅하는 실란커플링제로 구성되는 코팅막을 더 포함하는 합금분 조성물.The method of claim 1,
Alloy powder composition further comprising a coating film composed of a silane coupling agent coating the particle surface of the alloy powder.
상기 합금분의 입자 표면을 코팅하는 실란커플링제로 구성되는 코팅막을 더 포함하는 합금분 조성물.The method of claim 2,
Alloy powder composition further comprising a coating film composed of a silane coupling agent coating the particle surface of the alloy powder.
0.005질량% 이상 0.300질량% 이하의 코팅막의 함유량을 갖는 합금분 조성물.The method of claim 3,
An alloy powder composition having a coating film content of 0.005% by mass or more and 0.300% by mass or less.
0.005질량% 이상 0.300질량% 이하의 코팅막의 함유량을 갖는 합금분 조성물.The method of claim 4,
An alloy powder composition having a coating film content of 0.005% by mass or more and 0.300% by mass or less.
합금분;
상기 합금분의 입자 표면을 코팅하는 실란커플링제로 구성되는 코팅막; 및
0.5질량% 이상 1.5질량% 이하의 윤활제
를 포함하며,
상기 합금분은, 오스테나이트계 스테인리스 강으로 만들어지며, 20㎛ 이상 30㎛ 이하의 50% 지름 D50 과, 7㎛ 이상 13㎛ 이하의 10% 지름 D10 및 40㎛ 이상 65㎛ 이하의 90% 지름 D90을 갖는 합금분 조성물.As an alloy powder composition,
Alloy powder;
A coating film composed of a silane coupling agent coating the surface of the particles of the alloy powder; And
0.5% by mass or more and 1.5% by mass or less lubricant
Including,
The alloy powder is made of austenitic stainless steel, 50% diameter D 50 of 20 μm or more and 30 μm or less, 10% diameter D 10 of 7 μm or more and 13 μm or less, and 90% of 40 μm or more and 65 μm or less Alloy powder composition having a diameter D 90.
0.005질량% 이상 0.300질량% 이하의 코팅막의 함유량을 갖는 합금분 조성물.The method of claim 7,
An alloy powder composition having a coating film content of 0.005% by mass or more and 0.300% by mass or less.
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