초록 ▼

최종(연차)목표
◦ 티타늄계 합금 스크랩의 금속 불순물 제어 기술 개발
- 수소 플라즈마 용해법에 의한 금속 불순물 제어
◦ 티타늄계 합금 분말 제조 및 분말 내 산소 저감 기술 개발
- HDH/고상탈산법에 의한 저산소 분말 제조
◦ 티타늄계 스크랩을 활용한 복합 탄질화물 분말 제조 및 응용기술 개발
- 물리화학적 방법에 의한 복합 탄질화물 분말 제조
- 급속소결법에 의한 고밀도 소결체 제조
개발내용 및 결과
◦ 순 티타늄, 티타늄 2, 3원계 및 다원계 합금 스크랩의 고온용해를 위한

최종(연차)목표
◦ 티타늄계 합금 스크랩의 금속 불순물 제어 기술 개발
- 수소 플라즈마 용해법에 의한 금속 불순물 제어
◦ 티타늄계 합금 분말 제조 및 분말 내 산소 저감 기술 개발
- HDH/고상탈산법에 의한 저산소 분말 제조
◦ 티타늄계 스크랩을 활용한 복합 탄질화물 분말 제조 및 응용기술 개발
- 물리화학적 방법에 의한 복합 탄질화물 분말 제조
- 급속소결법에 의한 고밀도 소결체 제조
개발내용 및 결과
◦ 순 티타늄, 티타늄 2, 3원계 및 다원계 합금 스크랩의 고온용해를 위한 전처리 조건 확립
◦ Ti-Ni, Ti-Mo, Ti-Al, Ti-6Al-4V, Ti-8Mo-4Al, Ti-4Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo 합금 스크랩의 수소 플라즈마 용해를 통한 금속 불순물 제어 (금속 불순물 < 1,000 ppm)
◦ 순티타늄 및 티타늄계 합금 스크랩을 이용한 2, 3원계 합금 잉곳제조 및 분말화 원재료로 제공 달성
◦ HDH 법에 의한 티타늄 다원계 합금 분말 제조
- 티타늄 합금 스크랩의 분말화
(Ti-Ni, Ti-Mo, Ti-V, Ti-6Al-4V, Ti-8Al-1.5Mo-1.5V, Ti-4Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo)
- 합금원소 첨가에 의한 다원계 합금의 분말화
(Ti-Cr, Ti-V, Ti-10Mo-Si, Ti-6Al-4V-Mo)
◦고상탈산법에 의한 티타늄 다원계 합금 분말의 산소저감
- Ti-Ni: 1,880 ppm, Ti-Mo: 1,010 ppm, Ti-V: 870 ppm,
Ti-6Al-4V: 1,290 ppm, Ti-10Mo-1Si: 1,690 ppm,
Ti-8Al-1.5Mo-1.5V: 1,360 ppm, Ti-6Al-4V-Mo; 1,332 ppm,
Ti-4Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo: 1,210 ppm
◦ 2원계 티타늄 합금 스크랩, Ti-6Al-4V 합금 스크랩 및 Ti-8Al-1.5Mo-1.5V 합금을 원료로 복합 탄/질화물 분말 제조
(입도 ≤ 2 ㎛, 합금 조성편차 < 5%)
◦ 급속소결법에 의한 2원계(Ti-Cr, Ti-Al, Ti-Ni) 복합 탄/질화물 고밀도 소결체 제조
- (Ti,Cr)C: H_v = 18.5 GPa, K_IC = 5.7 MPa․m^1/2, 소결밀도 = 98%
◦ 급속소결법에 의한 3원계(Ti-6Al-4V, Ti-10Mo-1Si) 복합 탄/질화물 고밀도 소결체 제조
- (Ti,Al,V)(C_0.7N_0.3): Hv = 20.6 GPa, K_IC = 6.2 MPa․m^1/2, 소결밀도 = 99%
◦ 급속소결법에 의한 4원계(Ti-8Al-1.5Mo-1.5V) 복합 탄/질화물 고밀도 소결체 제조 및 절삭 공구 제조/평가
- (Ti,Al,Mo,V)(C_0.93N_0.07): H_v = 19.1 GPa, K_IC = 6.3 MPa․m^1/2, 소결밀도 = 100%
◦ (Ti,Al,V)(CN) 분말 3 kg 규모 합성 및 절삭 공구 제조
기대효과
◦ 티타늄계 합금 스크랩의 불순물 제어 및 산소 저감 기술 개발에 의하여 90%이상 해외로 수출되는 국내 티타늄계 스크랩 자원의 활용
◦ 국내 티타늄 및 티타늄계 합금 스크랩 활용에 따른 수출 억제 (200억원/년) 및 수입대체
◦ 저부가가치 티타늄계 스크랩 자원을 활용한 신개념/고기능성 복합 탄질화물 분말 제조 및 고밀도 소결기술 개발로 고부가가치 창출
◦ 저산소 합금분말 제조기술 개발 및 순도평가 기반 구축에 의하여 고순도 소재 및 부품에 대한 대일 무역 역조 해소에 기여
적용분야
◦ 항공기, 플랜트 및 조선, 의료 분야 원재료
◦ 반도체분야 스퍼터링 타겟
◦ 내마모성 코팅재료 및 절삭 공구용 원재료

Abstract ▼

IV. R&D Results
● Control of metallic impurities in multi-component Ti based alloy scraps
- Establishment of pre-treatment conditions for high temperature melting of multi-component Ti based alloy scraps
● Control of metallic impurities in Ti-4Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo scrap by hydrogen plasma arc

IV. R&D Results
● Control of metallic impurities in multi-component Ti based alloy scraps
- Establishment of pre-treatment conditions for high temperature melting of multi-component Ti based alloy scraps
● Control of metallic impurities in Ti-4Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo scrap by hydrogen plasma arc melting (Metallic impurity < 1,000 ppm)
● Fabrication of Ti based alloy powders and oxygen removal in the powders
- Fabrication of ternary Ti based alloy powders by HDH method (Particle size < 150 ㎛, oxygen content < 5,000 ppm)
· Fabrication of the powders from multi-component Ti based alloy scraps (Ti-8Al-1.5Mo-1.5V, Ti-6Al-4V-Mo, Ti-4Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo)
- Oxygen removal of multi-component Ti based alloy powders by solid state deoxidation
· Ti-8Al-1.5Mo-1.5V: 1,360 ppm, Ti-6Al-4V-Mo: 1,332 ppm, Ti-4Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo: 1,210 ppm
- Fabrication of thin films from sputtering target prepared using Ti-6Al-4V alloy powder (Metal and nitride films)
● Fabrication of multi-component Ti based complex carbonitride powders and sintered bodies
- Fabrication of multi-component Ti based complex carbonitride powders from Ti-8Al-1.5Mo-1.5V alloy (Particle size < 1 ㎛, alloy composition < 5%)
- Fabrication of multi-component Ti based complex carbonitride sintered bodies with high density by rapid sintering method
· Relative density 100%, H_v 19.1 GPa, K_IC 6.3 MPa·m^1/2
- Preparation of (Ti,Al,V)(CN) powder of 3 kg and fabrication of cutting tool using the (Ti,Al,V)(CN) powder

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 연차보고서 요약서 ... 3
• 요약문 ... 5
• SUMMARY ... 8
• CONTENTS ... 11
• 목차 ... 12
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 14
• 제 1 절 연구개발 목적 및 필요성 ... 14
• 1. 티타늄계 합금 스크랩의 금속 불순물 제어 기술 ... 14
• 2. 티타늄계 합금 분말 제조 및 분말 내 산소 저감 기술 ... 16
• 3. 티타늄계 스크랩을 활용한 복합 탄질화물 분말 제조 기술 ... 16
• 제 2 절 연구개발 내용 및 범위 ... 18
• 1. 티타늄계 합금 스크랩의 금속 불순물 제어 ... 18
• 2. 티타늄계 합금 분말 제조 및 분말 내 산소 저감 ... 20
• 3. 티타늄계 스크랩을 활용한 복합 탄질화물 분말 제조 ... 20
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 22
• 제 1 절 티타늄계 합금 스크랩의 금속 불순물 제어 기술 ... 22
• 1. 국내외 티타늄계 합금 스크랩의 재활용 현황 ... 22
• 2. 티타늄의 고온 용해 정련 기술 ... 24
• 제 2 절 티타늄계 합금 분말 제조 및 분말 내 산소 저감 기술 ... 28
• 1. 티타늄계 합금 분말 제조 ... 28
• 2. 산소 저감 기술 ... 29
• 제 3 절 티타늄계 스크랩을 활용한 복합 탄질화물 분말 제조기술 ... 34
• 1. 국내 서멧트 관련 기술 현황 ... 34
• 2. 국외 서멧트 관련 기술 현황 ... 34
• 3. 국내외 공구용 세라믹 소결체 관련 기술 현황 ... 35
• 4. 국내 공구용 분말 관련 기술 현황 ... 35
• 5. 국외 공구용 분말 관련 기술 현황 ... 35
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 37
• 제 1 절 티타늄계 합금 스크랩의 금속 불순물 제어 ... 37
• 1. 티타늄 다원계 합금 스크랩의 전처리 ... 37
• 2. 티타늄 다원계 합금 스크랩의 불순물 제어 ... 39
• 3. 저가 ferrovanadium을 활용한 Ti-6Al-4V 합금 제조 및 불순물 제어 ... 43
• 제 2 절 티타늄계 합금 분말 제조 및 분말 내 산소 저감 ... 47
• 1. 실험장치 및 방법 ... 47
• 2. 연구결과 ... 53
• 제 3 절 티타늄계 스크랩을 활용한 복합 탄질화물 분말 제조 ... 68
• 1. 티타늄 다원계 합금 스크랩을 활용한 복합 탄질화물 제조 ... 68
• 2. 티타늄 합금 스크랩을 활용한 절삭 공구 제작 ... 76
• 3. 티타늄 합금 스크랩을 활용한 탄질화물 분말 제조 기술의 수준 평가 ... 77
• 제 4 절 본 과제로부터 창출된 결과물의 실용화 가능성에 대한 고찰 ... 78
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 80
• 제 1 절 연구목표의 달성도 ... 80
• 1. 당해 연도 목표달성도 ... 80
• 제 2 절 관련분야의 기여도 ... 81
• 1. 정책적 측면 ... 81
• 2. 과학기술적 측면 ... 81
• 3. 경제․산업적 측면 ... 81
• 4. 국민생활과 사회 수준 향상에의 기여 측면 ... 81
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 82
• 제 1 절 성과확산방안 ... 82
• 제 2 절 기술이전방안 ... 83
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 84
• 제 1 절 선행특허 조사 ... 84
• 1. 특허 조사 결과 및 차별성 ... 84
• 2. 관련특허 조사 결과 ... 85
• 제 2 절 선행논문 조사 ... 86
• 1. 논문조사 결과 및 차별성 ... 86
• 2. 관련논문 조사결과 ... 87
• 제 3 절 선진국 연구기관의 연구실 벤치마킹 ... 88
• 1. 선진국 연구기관의 연구실 벤치마킹 ... 88
• 2. 선진국 연구기관 대비 기술수준 분석 ... 88
• 3. 세계선도국가 기술수준 및 연구개발 역량 분석 ... 89
• 제 4 절 특허기술동향조사 결과 ... 90
• 1. 주요시장국 연도별 특허동향 ... 90
• 2. 주요시장국 내·외국인 특허출원 현황 ... 91
• 3. 소결 ... 94
• 제 7 장 참고문헌 ... 95
• <별첨> 급속소결법에 의한 티타늄 다원계 복합 탄질화물 고밀도 소결체 제조 ... 98
• 끝페이지 ... 144