[논문]수분사법으로 제조된 순철분말의 성형성에 미치는 분말크기의 영향

이동준; 윤은유; 김하늘; 강희수; 이언식; 김형섭

doi:10.4150/kpmi.2011.18.3.221

수분사법으로 제조된 순철분말의 성형성에 미치는 분말크기의 영향
Effect of Particle Size on Compactibility of Water-atomized Pure Iron Powder 원문보기

한국분말야금학회지 = Journal of Korean Powder Metallurgy Institute, v.18 no.3, 2011년, pp.221 - 225

이동준 (포항공과대학교 신소재공학과) , 윤은유 (포항공과대학교 신소재공학과) , 김하늘 (포항산업과학원구원 신금속연구본부) , 강희수 (포항산업과학원구원 신금속연구본부) , 이언식 (포항산업과학원구원 신금속연구본부) , 김형섭 (포항공과대학교 신소재공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In the current study, the effects of particle size on compaction behavior of water-atomized pure iron powders are investigated. The iron powders are assorted into three groups depending on the particle size; 20-45 ${\mu}M$, 75-106 ${\mu}M$, and 150-180 ${\mu}M$ for the compaction experiments. The powder compaction procedures are processed with pressure of 200, 400, 600, and 800 MPa in a cylindrical die. After the compaction stage, the group having 150-180 ${\mu}M$ of particle size distribution shows the best densification behavior and reaches the highest green density. The reason for these results can be explained by the largest average grain size in the largest particle group, due to the low plastic deformation resistance in large grain sized materials.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 수분사법으로 제조된 Höganäs 사의 ASC 100.29 순철분을 입자의 크기를 20~45 µm, 75~106 µm, 150~180 µm로 나누어 각기 다른 압력(200 MPa, 400 MPa, 600 MPa, 800 MPa)으로 압축을 하여, 분말 입자의 크기에 따른 성형성을 평가하고자 한다.

제안 방법

이렇게 제작된 성형체는 다시 무게와 높이를 측정하여 성형 밀도 (green density)를 계산하였다. 다이 성형시 분말과 금형 표면간의 마찰로 인한 성형체 밀도의 불균일성을 확인하기 위해 성형체의 옆면을 같은 방법으로 매끄럽게 처리하여 광학현미경을 이용하여 성형체의 위, 중간, 아래 부분을 관찰하고, 그 사진에서 기공의 면적을 측정하여 상대적인 밀도를 계산하였다.
또한 각 분말들의 결정립 크기를 측정하기 위해 분말들을 cold mounting을 하여 고정시키고, 연마지와 0.25 µm 다이아몬드 분말을 이용해 표면을 매끄럽게 처리하여, 에탄올에 2 vol%의 질산을 첨가한 용액에 10초 동안 에칭하여 광학현미경을 이용하였다.
25 µm 다이아몬드 분말을 이용해 표면을 매끄럽게 처리하여, 에탄올에 2 vol%의 질산을 첨가한 용액에 10초 동안 에칭하여 광학현미경을 이용하였다. 또한 순철분임을 확인하기 위하여 화학조성의 정량적 분석이 이루어졌다. 성형성 평가시 금형의 마모를 방지하기위해 국제표준화기구 ISO 3927에 따라 각각의 분말에 고체 윤활제인 아연스테아란산염(Zinc-stearate) 0.
본 연구에서는 수분사법으로 제조된 Höganäs 사의 ASC 100.29 순철분을 입자의 크기를 20~45 µm, 75~106 µm, 150~180 µm로 나누어 각기 다른 압력 압력(200 MPa, 400 MPa, 600 MPa, 800 MPa)으로 압축을 하여, 분말 입자의 크기에 따른 성형성을 평가하였다.
상업적으로 유통되고 있는, 수분사법으로 제조된 Höganäs 사의 ASC 100.29 순철분을 체질(sieving)을 하여 나온 입자들 가운데 입자 크기 20~45 µm, 75~106 µm, 150~180 µm를 선택하여 각각의 분말의 형상과 크기를 주사전자현미경(SEM: 5410 JSM)을 이용하여 관찰하였다.
또한 순철분임을 확인하기 위하여 화학조성의 정량적 분석이 이루어졌다. 성형성 평가시 금형의 마모를 방지하기위해 국제표준화기구 ISO 3927에 따라 각각의 분말에 고체 윤활제인 아연스테아란산염(Zinc-stearate) 0.6 wt%를 섞어 한 시간 동안 볼밀링하였다.
성형성 평가를 위해 준비한 금형은 그림 1과 같이 지름 10 mm, 높이 50 mm의 크기이다. 여기에 고체윤활제가 섞인 철분말 7 g을 넣어 각기 다른 압력(200 MPa, 400 MPa, 600 MPa, 800 MPa)에서의 성형성을 평가하였다. 압축속도는 0.
1 mm/s의 속도로 진행되었다. 이렇게 제작된 성형체는 다시 무게와 높이를 측정하여 성형 밀도 (green density)를 계산하였다. 다이 성형시 분말과 금형 표면간의 마찰로 인한 성형체 밀도의 불균일성을 확인하기 위해 성형체의 옆면을 같은 방법으로 매끄럽게 처리하여 광학현미경을 이용하여 성형체의 위, 중간, 아래 부분을 관찰하고, 그 사진에서 기공의 면적을 측정하여 상대적인 밀도를 계산하였다.

대상 데이터

성형성 평가를 위해 준비한 금형은 그림 1과 같이 지름 10 mm, 높이 50 mm의 크기이다. 여기에 고체윤활제가 섞인 철분말 7 g을 넣어 각기 다른 압력(200 MPa, 400 MPa, 600 MPa, 800 MPa)에서의 성형성을 평가하였다.

성능/효과

1) 수분사로 제조된 분말은 불균일한 모양을 가지며, 입자의 크기가 20~45 µm인 분말보다 150-180 µm의 크기를 갖는 분말이 평균 결정립 크기가 더욱 크다는 것을 확인할 수 있었다.
2) 분말의 입도분포가 크면 초기의 두드림밀도(tap density)가 크지만 압력을 가했을 시 나타나는 성형밀도는 분말 자체의 강도의 영향을 받으므로 큰 결정립 크기를 가지는 150~180 µm의 분말들이 가장 좋은 성형성을 나타내었다. 심지어 높은 압력(800 MPa)에서는 혼합된 분말보다도 더욱 좋은 성형성이 나타났다.
3) 다이성형시 나타나는 성형밀도는 압력이 가해지는 윗부분이 아랫부분보다 더욱 높은 값을 나타나는데 이는 입자간의 마찰력 등의 영향으로 인한 불균일 분포라 할 수 있다.
또한 여기서 흥미로운 점은 800 MPa에서는 입자 크기가 150~180 µm인 분말들이 혼합된 분말들보다도 높은 성형밀도 값을 나타내는데 이 또한 높은 압력에서 아주 미세한 분말들의 변형보다 크기가 큰 분말들이 더욱 변형이 쉽다는 것을 보여주는 결과라 할 수 있다.
이번 실험에서도 이것을 확인하기 위해 가장 성형성이 잘 나온 150~180 µm의 분말을 800 MPa로 압축한 분말의 옆 부분의 사진을 확인한 결과 윗부분의 기공이 가장 적고, 아랫부분에서 많은 기공이 관찰 되었다(그림 5).

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	압분성형이란?	또한 자동차, 산업기계 및 전자산업의 발달로 분말 소결품의 수요량이 급증하였고, 주요 원료인 철분 또한 그 수요량이 많은 실정이다. 압분성형은 분말에 치밀화와 형상을 부여하는 매우 일반적인 방법이다. 분말 압축성(compressibility) 혹은 성형성(compactibility)은 어떤 특정 하중 하에서 분말이 치밀화 되는 정도를 나타내는 척도이다.
	분말야금법의 장점은?	분말야금법으로 금속 제품을 생산하는 방법은 오래된 기술이면서 동시에 현대 금속가공 기술에서도 각광을 받는 분야이다. 또한 경제성과 재료 절감의 효과를 얻을 수 있고 소성가공의 성형을 통한 우수한 생산속도와 제품 성질을 얻을 수 있는 장점이 있어, 고강도 제품 제조를 위한 공정으로서 많은 각광을 받고 있다[1]. 또한 자동차, 산업기계 및 전자산업의 발달로 분말 소결품의 수요량이 급증하였고, 주요 원료인 철분 또한 그 수요량이 많은 실정이다.
	분말 성형성에 영향을 미치는 요인은?	분말 압축성(compressibility) 혹은 성형성(compactibility)은 어떤 특정 하중 하에서 분말이 치밀화 되는 정도를 나타내는 척도이다. 분말 성형성에 영향을 미치는 요인으로는 분말의 형상, 크기, 분포, 응집력, 화학적 조성, 분말간의 마찰력, 분말과 금형간의 마찰력 등이 있다[2-3]. 이러한 요소들이 분말의 성형시 미치는 영향에 대한 연구는 많이 이루어졌다[4-9].

참고문헌 (13)

H. S. Kim and D. N. Lee: J. Kor. Inst. Metal., 20 (1992) 37.
R. M. German: Powder Metallurgy of iron and Steel, John Wiley & Sons, Inc. New York (1998) 128.
A. Salak: Ferrous powder metallurgy, CISP, Cambrige, UK (1996) 62.
J. S. Hirschhorn, G. M. Maxwell and A. V. Nadkarni: Powder Tech., 5 (1971) 72.
I. Nikolakakis and N. Pilpel: Powder Tech., 56 (1988) 95.

상세보기
D. Poquillon, J. Lemaitre, V. Baco-Carles, Ph. Tailhades and J. Lacaze: Powder Tech., 126 (2002) 65.

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D. Poquillon, J. Lemaitre, V. Baco-Carles, Ph. Tailhades and J. Lacaze: Powder Tech., 126 (2002) 75.

상세보기
D. P. Debrincat, C. B. Solnordal and J. S. J. Van Deventer: Mineral Proc., 87 (2008) 17.

상세보기
H. S. Kim and J. S. Lee: J. Kor. Inst. Metal., 11 (2004) 301.
R. M. German: Powder Metallurgy of iron and Steel, John Wiley & Sons, Inc. New York (1998) 152.
E. O. Hall: Proc. Phys. Soc., B64 (1951) 747.
N. J. Petch: J. Iron Steel Inst., 174 (1953) 25.
R. M. German: Powder Metallurgy of iron and Steel, John Wiley & Sons, Inc. New York (1998) 149.

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