초록 ▼

I. 제목 고온 및 내마모분말제품개발 II. 연구개발의 목적 및 중요성 국내 자동차 및 전자산업등의 급속한 경제적인 발전에 따라 대량 생산에 의한 핵심부품의 제조가 요구되고 있다. 이에따라 각종 기계부품용 소결제품은 양적인 면에서 비약적인 발전을 가져왔다. 분말법을 이용한 공구재료 및 내마모부품에 있어서도 기존의 주조법으로 만들어진 제품에 비해 미세균일한 조직과 합금의 다양성 등의 장점에 의해 우수한 특성을 가지기 때문에 그 수요가 급증하고 있다. 그러나, 국내 분말야금 관련기술 수준은 분말제조 분야에 있어서는 Cu, Al등

I. 제목 고온 및 내마모분말제품개발 II. 연구개발의 목적 및 중요성 국내 자동차 및 전자산업등의 급속한 경제적인 발전에 따라 대량 생산에 의한 핵심부품의 제조가 요구되고 있다. 이에따라 각종 기계부품용 소결제품은 양적인 면에서 비약적인 발전을 가져왔다. 분말법을 이용한 공구재료 및 내마모부품에 있어서도 기존의 주조법으로 만들어진 제품에 비해 미세균일한 조직과 합금의 다양성 등의 장점에 의해 우수한 특성을 가지기 때문에 그 수요가 급증하고 있다. 그러나, 국내 분말야금 관련기술 수준은 분말제조 분야에 있어서는 Cu, Al등 일부 저융점 금속 분말제조에 한정되어 상품화되어 있고 소재 및 부품제조기술도 통상적인 분말야금제품, 즉 철계분말을 이용한 각종 자동차부품, 전자부품, 베아링류 등 기계구조용 부품에 한정되어 양적으로 크게 성장하고 있지만, 질적인 면에서는 그수준이 선진국에 비해 매우낮은 실정에 있다. 최근 국내에서는 산업의 고도화 및 다양화와 함께 고기능 소재의 수요가 증가함에 따라 분말관련 소재 및 부품의 수요도 급격히 증가하지만 대부분이 수입에 의존하고 있으며 이에 대한 연구개발 노력도 초보단계에 머물러 있다. 이러한 현황에 비추어 일차적으로 수입에 의존하고 있는 고부가가치 제품을 수입대체하고 이차적으로는 분말산업 자체의 고도화를 통하여 소재 및 기계분야산업의 육성을 유도하기 위한 국가적 노력이 필요한 시점에 있다고 할 수 있다. 따라서 본과제는 수입에 의존하고 있는 분말부품중 특히 고부가가치 소재로 그 수입량도 많고 국산화 및 기술자급화가 시급한 고온 및 내마모 분말제품 제조기술의 국내개발과 산업화를 목적으로 세부대상재료로 분말공구재료, 산업용 내마모재료 및 고온재료의 개발과 이와 관련된 HIP공정, Spray forming 및 분말사출성형 등의 신제조공정을 병행하고 있다. 본 연구의 세부결과제별 1차년도 연구내용 및 범위는 다음과 같다. 1. 분말고품위 공구재료개발 o 분말고속도공구강 개발 · 가스분사에 의한 분말제조기술연구 · 고속도공구강 분말의 고밀도화 연구 · 열처리 및 표면처리 기초연구 o 초미립 초경합금 개발 · Precusor 분말제조공정연구 · 초미립 WC/CO 분말제조기술 · 초미립 분말의 성형 및 소결연구 2. 분말 신공정 제조기술 o Spray Forming에 의한 고속도공구강 개발 · Spray Forming 기본설비설계 · 기본 Ingot 및 P/M 공구강의 물성평가 · 분무성형 공정 Computer Simulation(I) o MIM에 의한 초경공구 및 고속도공구강 부품개발 · MIM 공정현황 조사 · 분말/바인더 선정 기준확립 · 혼합체의 점성 거동조사 · 분말의 소결 특성조사 3. 고온합금재료 및 제품개발 o 소결 및 플라즈마 아크용해법에 의한 시편제조 o 합금원소의 분사효과 및 내산화성평가 o 고온 산화 실험 o Mo 및 Mo-Cu 판재제조 Ⅳ. 연구개발결과 및 활용에 대한 건의 본 연구의 결과는 다음과 같다. 1. 분말고품위 공구재료개발 o 우선개발대상 분말고속고공구강은 M2 및 ASP30으로 선정하였다. 이들 분말을 제조하기 위해 Gas Atomizer를 설치, Cu, Al 및 Stainless Steel 분말을 시험제조하여 그 기초자료를 축적하였다. o M2분말을 이용 HIP, 분말압출, HIP단조에 의해 고밀도화 실험을 하였다. 실험결과 HIP후 단조에 의해 기계적 특성이 크게 향상되었으나, 분말을 직접압출한 경우에는 잔류기공이 존재하였다. o 적정 열처리를 위해 경도 및 조직을 이용한 기초자료를 확보하였다. 내마모성 향상을 위한 경질재료 피복 연구는 모재의 가열조건, 세척조건등을 확립하였다. o 초미립 WC/Co의 시초분말제조 연구에서는 원료 용액의 농도 및 Spray Dry시 유입량이 증가할 수록??분말의 최적 환원조건은 800℃, 1시간으로 나타났고, 최적 침탄조건은 CO/H₂(8 : 2) 분위기에서 800℃, 30분, 최적 탈탄조건은 800℃, 15분, CO/CO₂;ac=0.5 조건으로 나타났다. o 최종 WC/Co 분말은 Co기지상에 WC입자가 고루 분산되어 있으며 WC는 50~80㎛의 크기를 가진 초미립 분말로 제조되었다. 2. 분말 신공정 제조기술 o Spray Forming 기본 설비설계는 기존의 국내외 특허와 외국기술정보수집, 가스분무노즐, 메인챔버 및 기판구동장치 등의 요소부위의 설계를 위한 기초연구가 수행되었다. o Osprey Metal사로부터 분무성형 고속도공구강을 주문제작, 기초물성을 평가한 결과 매우 낙관적인 물성치를 나타냈다. o 가스분무과정의 열유체학적 Computer Simulation을 위해 Al-4.5% Cu 합금을 모델로 액적의 냉각 및 응고과정을 해석하였다. o MIM을 위한 원료분말은 SUS316L을 사용하였고 바인더시스템은 상업적으로 널리 이용되는 미국의 APP 프로그램의 왁스계 바인더를 기초로하여 분말의 혼합조건 및 점성거동을 측정하였다. o 금속사출성형 충진공정해석용 CAE시스템의 개발하여 이를 시험적 적용에 성공하였다. o 분말에서의 바인더제거를 위한 열분해거동 관찰과 고속도공구강(M2) 및 초경합금에 대한 소결특성 규명을 하여 적정 소결조건과 그에 따른 기계적특성을 평가하였다. 3. 고온합금재료 및 제품개발 o 고온산화성분위기에서 사용가능한 W-Mo기 합금계는 W-Mo-Cr, W-Mo-Cr-Al, W-Mo-Cr-Si-Y 합금계로 선정하였다. o 산화 cycle 산화시험결과 Cr량이 26%Cr에서 36%Cr으로 증가함에 따라, 또한 Si이 1%에서 3%로 증가함에 따라 내산화성이 크게 향상되었다. o Mo판재는 분말압연공정을 적용제조하였으며 1㎜이하의 두께를 갖는 양호한 판재를 얻을 수 있었다. o Mo-Cu 복합판재는 판재성형후 액상에 의한 소결과 후속냉각압연으로 거의 이론밀도에 가까운 판재를 제조할 수 있었다.

Abstract ▼

The main contents of this study are divided by three parts.Part A : Development of high grade P/M tool materials ○ P/M High Speed Steel 1) Basic study on gas atomization process to produce high speed steel powder 2) Development of high density consolidation process such as HIP, extrusion, rol

The main contents of this study are divided by three parts.Part A : Development of high grade P/M tool materials ○ P/M High Speed Steel 1) Basic study on gas atomization process to produce high speed steel powder 2) Development of high density consolidation process such as HIP, extrusion, rolling 3) Development of heat treatment and surface treatment process ○ Nanophase WC/Co. 1) Establishment of process parameters for precursor powder making. 2) Development of process technologies for nanophase WC-10wt% Co powder. 3) Basic study on consolidation process of nanophase powders.Part B : Development of New P/M Process ○ Spray Forming Process 1) Design of a spray caster 2) Characterization of the spray formed high speed steel 3) Basic computer simulation technique for spray forming process. ○ Metal Injection Molding Process 1) Study on mixing and viscosity characteristics of powder/binder mixtures. 2) Numerical analysis of injection molding filling process 3) Effect of atmosphere on debinding characteristicsPart C : Development of P/M products for high temperature application. 1) Evaluation of high temperature oxidation of W-Mo alloys. 2) Sample fabrication by sintering and plasma melting. 3) Development of Mo-Cu alloy strip.

목차 Contents

• 제1장 서 론 ... 15
• 제2장 과제구성 ... 17
• 제3장 세부과제별 연구결과 ... 18
• 제1세부과제 : 분말고품위 공구재료개발 ... 18
• 제2세부과제 : 분말신공정 제조기술개발 ... 24
• 제3세부과제 : 고온합금재료 및 제품개발 ... 30
• 제4장 결 론 ... 35
• 제5장 향후연구계획 ... 37