1. 금속분말 특성 평가
2. 분말야금법에 적절한 금속 분말의 평가를 이해할 수 있다.
3. 이론
이번 시간을 통해서 금속 분말 특성평가에 대해서 소개하려고 한다. 이러한 것을 효과적으로 이해하기 위해서는 일련의 개념을 숙지할 필요가 있어 간략하게 훑어보려고 한다.
미세한 입자들을 융점 이하의 고온에서 가열하면, 입자들이 서로 결합하여 강인해지며, 이러한 현상을 소결(sintering)이라 한다. 소결은 표면 자유에너지가 큰 불안정한 상태에 있는 분말 집단에 열 에너지의 공급으로 표면 자유에너지가 보다 낮은 안정한 상태에 있는 분말 집단으로 변하는 현상이기 때문에 어떤 물질에서도 일어날 수 있는 현상이다. 주로 금속분말에 적용하여 여러가지 제품을 제조하는 것이 분말 야금(powder metallurgy)이다.
분말 야금의 경우 금속분말을 먼저 제조하여, 이것을 압축성형, 소결하는 공정을 취한다. 그렇기 때문에 이러한 방법의 관해 기술적 경험적인 특징을 충분히 이해하지 않으면 그 특징을 충분히 발휘할 수 없다. 예를 들어 주조법으로는 제조가 곤란한 다공질체, 금속과 비금속의 복합체, 텅스텐 등의 고 융점 금속제품을 제조할 경우에는 주조법 보다는 분말 야금법이 가장 적합한 방법이다. 이는 다량의 부품을 직접 생산할 수 있기 때문에 절삭 가공비 및 재료비를 절약할 수 있어 경제적으로도 유리하다. 이러한 점 때문에 주조법 못지 않게 분말야금법도 굉장히 중요하다.
최근 들어서 전력 반도체가 중요해지면서, 소결공정 또한 재료공학자로 고찰해 볼 필요가 있다.
분말 야금이란 전술한 바와 같이 분말의 소결 현상을 이용하여 금속제품을 제조하는 기술이라 할 수 있다. 조금 더 구체적으로 기술하면 ‘금속분말의 제조 및 금속분말에 형상과 소결 현상을 부여하여 재료 혹은 제품을 제조하는 기술’ 이라 정의할 수 있다.
이러한 점 때문에 기계적 화학적 혹은 물리화학적 방법으로 만들어진 분말은 그 제조방법에 따라서 분말 입자의 크기 모양 조직 및 순도가 크게 다르다. 그리고 이러한 점이 소결제품의 물성을 결정한다. 이때 입도 및 입도의 분포(particle size and size distribution), 입자의 형상(particle shape), 입자의 다공성(particle porosity) 입자의 조직(structure of particle)는 금속 분말의 거동을 결정하고
겉보기 밀도, 분말의 유동성, 성형강도 등으로 금속 분말의 거동 및 최종 특성을 예측할 수 있다.
이번 시간에는 분말의 유동성에 대해서 알아보려고 한다.
분말의 유동도.
유동률 혹은 유동속도라고도 하며 어느 일정량의 분말이 세공을 통하여 흐를 때에 걸리는 시간으로 정의된다. 쉽게 말해, 분말이 유동하기 쉬운 정도를 나타낸다. 용기 및 세공은 특수한 형상으로 시공이 되어 있다. 유동률은 입도 분포 및 형상에 지배되고 재질에 따라 분말과 용기의 마찰계수 혹은 특수한 경우로서 자기적 성질의 이나 습도 여하에 따라 크게 영향을 받으므로 주의할 필요가 있다.
위의 사진은 Hall-유량계(flowmeter)으로서 금속 분말의 유동도를 측정할 때 사용되는 기구이다.
사용방법은 다음과 같다
1. 50g 샘플의 무게를 측정한다.
2. 깔때기의 바닥 구멍을 막고 50G샘플을 깔때기에 넣는다, 이때 구멍전체를 샘플로 채워야 한다.
3. 구멍을 열고 시간을 재고 깔때기의 모든 샘플이 배출되면 즉시 타이밍을 멈춘다.
4. 종료시간을 기입하고 위의 과정을 3번 반복한다.
주의할 점으로는 1번과정에서 샘플을 제조할 때 초미분 의 경우는 매우 유동하기 어렵기 때문에 이러한 경우에는 단위 입자들에 binder등을 첨가하여 응집시켜 조대한 조립분을 만들어 유동도를 개선한다.
4.참고
1. 김윤채, 신판 분말야금, 태훈출판사, pp1~47
2. 추현석 외 2인, 분말야금학, 원창출판사, pp1~42
3.william D callister JR, 재료과학과 공학, 시그마프레스, pp424~426, 532~534
4.드림테스트- hall flowmeter
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