KR102271296B1 - Fe-cu alloy powder, method for manufacturing of the same, and sintered product using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 구현예는 철동 합금 분말, 이의 제조방법, 및 이를 이용한 소결체를 제공할 수 있다.
구체적으로, 전체 100중량%에 대해, Fe: 5.5 내지 50.0중량%, 잔부 Cu 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 철동 합금 분말을 제공할 수 있다.One embodiment of the present invention may provide an iron-copper alloy powder, a method for manufacturing the same, and a sintered body using the same.
Specifically, based on 100% by weight of the total, Fe: 5.5 to 50.0% by weight, the balance may provide an iron-copper alloy powder containing Cu and other unavoidable impurities.
Description
본 발명의 일 구현예는 철동 합금 분말, 이의 제조방법, 및 이를 이용한 소결체에 관한 것이다.One embodiment of the present invention relates to an iron-copper alloy powder, a method for manufacturing the same, and a sintered body using the same.
자동차 기어류와 같이 형상이 복잡한 부품의 경우, 벌크소재를 절삭가공 하여 제조하게 되면 가공비용 상승과 소재 손실이 발생하여 일정 조성의 금속분말을 금형에 삽입하여 프레스성형 후 소결하여 제조한다. In the case of parts with complex shapes such as automobile gears, when bulk materials are cut and manufactured, processing cost increases and material loss occurs. Metal powder of a certain composition is inserted into a mold, press-molded, and then sintered.
철계 분말 소결 부품의 경우, 일반적으로 소결 온도는 1100~1300℃ 범위이며, 소결성 향상을 위해 소결 온도에서 액상이 되는 순동 분말을 첨가한다. 소결 시 순동 분말은 액상이 되어 철분말 주위에 퍼지고, 20μm 내외의 철-동 간 합금영역을 형성한다. 하지만 합금영역이 얇아 강화효과가 부족하고, 특히 철 기지 대비 동 영역의 강도가 현저하게 부족하여, 전체적인 부품 강도 향상을 억제하는 단점이 있다.In the case of iron-based powder sintered parts, in general, the sintering temperature is in the range of 1100 to 1300°C, and pure copper powder that becomes liquid at the sintering temperature is added to improve sinterability. During sintering, pure copper powder becomes liquid and spreads around the iron powder, forming an iron-copper alloy region of about 20 μm. However, since the alloy region is thin, the reinforcing effect is insufficient, and in particular, the strength of the copper region compared to the iron matrix is remarkably insufficient, which inhibits the overall strength improvement of the part.
소결체 제조를 위한 분말 및 이의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.An object of the present invention is to provide a powder for manufacturing a sintered body and a method for manufacturing the same.
구체적으로, 철 분말에 첨가하기 위한 철동 합금 분말 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다. 또한, 상기 철동 합금 분말을 철분말에 첨가한 후 소결하여 소결체 제조 시, 분말 간 합금 영역을 더 넓게 형성하여 소결체의 강도를 향상시킬 수 있다.Specifically, it is possible to provide an iron-copper alloy powder for adding to the iron powder and a method for manufacturing the same. In addition, when the iron-copper alloy powder is added to the iron powder and then sintered to manufacture the sintered body, the alloy region between the powders is formed wider to improve the strength of the sintered body.
본 발명의 일 구현예인 철동 합금 분말은, 전체 100중량%에 대해, Fe: 5.5 내지 50.0중량%, 잔부 Cu 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. The iron-copper alloy powder according to an embodiment of the present invention, based on 100% by weight of the total, Fe: 5.5 to 50.0% by weight, the balance may include Cu and other unavoidable impurities.
상기 철동 합금 분말은, Cu 기지에 평균 입도 20㎛ 이하의 Fe 분말이 석출된 것일 수 있다. The iron-copper alloy powder may be one in which Fe powder having an average particle size of 20 μm or less is precipitated on a Cu matrix.
구체적으로, 상기 철동 합금 분말은, 상기 분말에 포함된 Fe의 총 중량 대비 Cu 기지에 고용된 Fe 입자의 분율이 2.0 내지 5.0%일 수 있다.Specifically, in the iron-copper alloy powder, the fraction of Fe particles dissolved in the Cu matrix relative to the total weight of Fe contained in the powder may be 2.0 to 5.0%.
상기 철동 합금 분말의 평균 입도는 50 내지 150㎛일 수 있다. The average particle size of the iron-copper alloy powder may be 50 to 150㎛.
상기 철동 합금 분말의 산소 함량은 0.1% 이하일 수 있다.The oxygen content of the iron-copper alloy powder may be 0.1% or less.
본 발명의 다른 일 구현예인 철동 합금 분말의 제조방법은, 전체 100중량%에 대해, Fe: 2.5 내지 50.0중량%, 잔부 Cu 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 용탕을 준비하는 단계, 상기 용탕에 수분사하여 1차 분말을 제조하는 단계, 및 상기 1차 분말을 환원 열처리하여 철동 합금 분말을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the method for producing iron-copper alloy powder includes preparing a molten metal including Fe: 2.5 to 50.0% by weight, the balance Cu and other unavoidable impurities, based on 100% by weight of the total, and water spraying the molten metal to prepare a primary powder, and reducing the primary powder may include the steps of preparing an iron-copper alloy powder by heat treatment.
상기 1차 분말을 환원 열처리하여 철동 합금 분말을 제조하는 단계는, 수소 분위기, 및 300 내지 900℃에서 열처리할 수 있다.The reduction heat treatment of the primary powder to prepare the iron-copper alloy powder may be performed in a hydrogen atmosphere, and heat treatment at 300 to 900°C.
상기 용탕에 수분사하여 1차 분말을 제조하는 단계에서, 상기 수분사 시 분사 압력은 100bar 이상일 수 있다.In the step of preparing the primary powder by water spraying on the molten metal, the spray pressure at the time of water spraying may be 100 bar or more.
구체적으로, 상기 용탕에 수분사하여 1차 분말을 제조하는 단계에서, 상기 용탕은 노즐로 유동되고, 상기 노즐의 평균 직경은 5 내지 20mm일 수 있다.Specifically, in the step of preparing the primary powder by water spraying the molten metal, the molten metal flows into a nozzle, and the average diameter of the nozzle may be 5 to 20 mm.
본 발명의 또 다른 일 구현예인 소결체는, 순철 분말, 및 전술한 철동 합금 분말을 포함하는 소결체를 제공할 수 있다. Another embodiment of the sintered body of the present invention may provide a sintered body including the pure iron powder and the iron-copper alloy powder described above.
상기 순철 분말과 상기 철동 합금 분말 사이 합금 영역을 포함하고, 상기 합금 영역은 5 내지 50㎛일 수 있다.An alloy region between the pure iron powder and the iron-copper alloy powder may be included, and the alloy region may be 5 to 50 μm.
상기 소결체의 소결 강도는 620 내지 670 MPa 일 수 있다.The sintering strength of the sintered body may be 620 to 670 MPa.
본 발명의 일 구현예는 철동 합금 분말, 이의 제조방법, 및 이를 이용한 소결체를 제공할 수 있다. 구체적으로, 철동 합금 분말을 이용한 소결체는 강도가 더 우수할 수 있다.One embodiment of the present invention may provide an iron-copper alloy powder, a method for manufacturing the same, and a sintered body using the same. Specifically, the sintered body using the iron-copper alloy powder may have better strength.
더 구체적으로는, 기존 순동분말 대비 동등한 제조비용으로 제조 가능하고, 분말을 소결체에 적용 시 강도 및 인성 향상 효과에 탁월하다.More specifically, it can be manufactured at an equivalent manufacturing cost compared to the existing pure copper powder, and when the powder is applied to a sintered body, it is excellent in the effect of improving strength and toughness.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 소결체에서 순철 분말과 철동 분말 사이 소결에 의해 나타나는 합금 영역을 도식화하여 나타낸 것이다
도 2는 실시예에 따른 철동 분말의 형상을 SEM(Scanning Electron Microscopy)으로 관찰하여 나타낸 것이다.
도 3은 실시예에 따른 철동 합금 분말의 입도 분포를 그래프로 나타낸 것이다.
도 4는 실시예 및 비교예에 따른 분말로 제조한 소결체의 형상을 나타낸 것이다.
도 5는 실시예와 비교예에 따른 소결체의 합금 영역을 SEM EDS(Energy Dispersive Spectrometer)로 측정하여 나타낸 것이다.
도 6은 실시예에 따른 미세조직을 SEM으로 관찰하여 나타낸 것이다.1 is a schematic view showing an alloy region appearing by sintering between pure iron powder and iron copper powder in a sintered body according to an embodiment of the present invention
2 is a view showing the shape of the iron-copper powder according to the embodiment observed by SEM (Scanning Electron Microscopy).
3 is a graph showing the particle size distribution of the iron-copper alloy powder according to the embodiment.
Figure 4 shows the shape of the sintered compact prepared with the powder according to the Examples and Comparative Examples.
5 is a view showing the alloy region of the sintered body according to Examples and Comparative Examples measured by SEM EDS (Energy Dispersive Spectrometer).
6 is a view showing the microstructure according to the example observed by SEM.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, this is provided as an example, and the present invention is not limited thereto, and the present invention is only defined by the scope of the claims to be described later.
철동iron copper 합금 분말 alloy powder
본 발명의 일 구현예는 전체 100중량%에 대해, Fe: 5.5 내지 50.0중량%, 잔부 Cu 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 철동 합금 분말을 제공할 수 있다.One embodiment of the present invention may provide an iron-copper alloy powder including Fe: 5.5 to 50.0% by weight, the balance Cu and other unavoidable impurities, based on 100% by weight of the total.
구체적으로, Fe: 5.5 내지 50.0중량%를 포함할 수 있다. Specifically, Fe: may include 5.5 to 50.0% by weight.
상기와 같이 Fe를 전술한 양만큼 포함하는 경우, 이를 이용하여 소결체 제조 시 소결 강도가 우수할 수 있다. When Fe is included in the above-described amount as described above, the sintering strength may be excellent when the sintered body is manufactured using the same.
철과 동은 상호 고용도가 매우 낮아, 상온에서는 서로 독립적으로 존재할 수 있다. 이는 철동 합금 분말을 소결체에 적용하기에 매우 적합할 수 있다. 그 이유는 소결체 제조 시 원하는 조성의 혼합 분말을 금형에 삽입하여 프레스성형을 하게 되는데, 분말의 경도가 높으면 프레싱을 위한 압력이 크게 증가하는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 순동 분말 대비 분말 경도가 높은 경우는 성형압력을 증가시킬 수 있으나, 철동 합금 분말의 경우는 동 기지 내의 철 고용도가 낮기 때문에 이러한 문제를 야기시키지 않는다. Since iron and copper have very low mutual solubility, they can exist independently of each other at room temperature. This may be very suitable for applying the iron-copper alloy powder to the sintered body. The reason is that when the sintered body is manufactured, the mixed powder of the desired composition is inserted into the mold to perform press molding. However, if the hardness of the powder is high, there may be a problem in that the pressure for pressing is greatly increased. Therefore, when the powder hardness is high compared to pure copper powder, the forming pressure can be increased, but in the case of the iron-copper alloy powder, this problem does not occur because the iron solubility in the copper matrix is low.
오히려 소결체 제조 시, 소결 공정 중 동 기지 내에 미세하게 분포하는 철 입자가 철 기지와의 접합성이 증가할 수 있다. 이에, 순동 분말 사용 대비 철-동 간 합금 영역이 증가하여, 부품 강도와 인성 증가에 효과가 있다. 또한 동 영역 자체의 강도도 증가할 수 있다.Rather, when manufacturing a sintered body, the bondability of iron particles finely distributed in the copper matrix to the iron matrix during the sintering process may increase. Accordingly, compared to the use of pure copper powder, the area of the iron-copper alloy increases, which is effective in increasing the strength and toughness of parts. The strength of the copper region itself may also be increased.
보다 구체적으로, 상기 Fe의 함량이 5.5중량% 미만일 경우, 기계적 강도 향상이 미비할 수 있다. 또한, Fe의 함량이 50.0중량% 초과일 경우, 분말 경도가 크게 증가되어 성형성이 저하되는 효과가 야기될 수 있다.More specifically, when the content of Fe is less than 5.5% by weight, the improvement in mechanical strength may be insufficient. In addition, when the content of Fe is more than 50.0% by weight, the powder hardness is greatly increased may cause the effect of lowering the formability.
이에 따라, 상기 철동 합금 분말은, Cu 기지에 평균 입도 20㎛ 이하의 Fe 입자가 석출될 수 있다. Accordingly, in the iron-copper alloy powder, Fe particles having an average particle size of 20 μm or less may be precipitated on the Cu matrix.
전술하였지만, 상기와 같이 미세한 입도의 Fe 입자로 인해 소결체 제조 시 철-동 입자 간 합금 영역이 더 증가할 수 있다. 또한, 상기 석출된 Fe 입자에 의해 이를 이용한 소결체 제조 시, 동 영역의 강도도 우수할 수 있다.As described above, when the sintered body is manufactured due to Fe particles having a fine particle size as described above, the alloy region between the iron-copper particles may be further increased. In addition, when the sintered body is manufactured using the precipitated Fe particles, the strength of the copper region may be excellent.
한편, Fe 입자의 평균 입도가 전술한 범위보다 클 경우에는 Fe 입자 미세화에 따른 강도 향상 효과가 감소될 수 있다.On the other hand, when the average particle size of the Fe particles is larger than the above-mentioned range, the strength improvement effect according to the refinement of the Fe particles may be reduced.
또한, 상기 철동 합금 분말은, Cu 기지에 고용된 Fe 입자의 분율이 2.0 내지 5.0%일 수 있다.In addition, in the iron-copper alloy powder, the fraction of Fe particles dissolved in the Cu matrix may be 2.0 to 5.0%.
전술하였지만, 철동 합금 분말에 포함된 Fe의 총 중량 대비 고용된 Fe 입자의 분율이 상기와 같음으로써, 이를 이용한 소결체 제조에 적합할 수 있다.As described above, since the fraction of dissolved Fe particles relative to the total weight of Fe contained in the iron-copper alloy powder is the same as above, it may be suitable for manufacturing a sintered body using the same.
구체적으로, 상기와 같이 고용된 Fe 입자의 고용 분율이 적을 경우, 분말 소결체의 인장강도가 300 내지 400MPa 로 순동 분말과 유사한 수준일 수 있다.Specifically, when the solid solution fraction of the Fe particles dissolved as described above is small, the tensile strength of the powder sintered body is 300 to 400 MPa, which may be at a level similar to that of pure copper powder.
또한, 본 발명의 일 구현예인 철동 합금 분말은 후술하겠지만 수분사법으로 제조될 수 있다. 이와 같이, 수분사 방식으로 제조된 분말은 분말의 형상이 불규칙하여, 프레스 성형 시 성형강도를 향상시킬 수 있다. 이는 제품을 제조한 공정 중에 발생하는 외부 충격 및 이동에 의해 성형제품의 형상 유지에 유리한 장점이 있다. 또한 소결 시 분말 간 접합을 용이하게 하여 최종적으로 소결강도를 향상시키는 효과가 있다.In addition, the iron-copper alloy powder, which is an embodiment of the present invention, may be prepared by a water injection method, as will be described later. As such, the powder manufactured by the water injection method has an irregular shape, so that the molding strength during press molding can be improved. This has an advantage in maintaining the shape of the molded product due to external impact and movement occurring during the manufacturing process of the product. In addition, it has the effect of improving the sintering strength by facilitating bonding between the powders during sintering.
상기 철동 합금 분말의 평균 입도가 50 내지 150㎛일 수 있다. The iron-copper alloy powder may have an average particle size of 50 to 150 μm.
구체적으로, 분말의 입도가 너무 작을 경우 이를 이용하여 소결체 제조 시 성형 압력이 증가될 수 있다. 한편, 분말의 입도가 너무 클 경우에는 소결 후 분말 간의 공극이 조대해져 기계적특성이 열위한 효과가 있을 수 있다. Specifically, when the particle size of the powder is too small, the molding pressure may be increased when the sintered body is manufactured using the same. On the other hand, when the particle size of the powder is too large, after sintering, the pores between the powders become coarse, which may have an effect of inferior mechanical properties.
이에 따라, 본 발명의 일 구현예에 따른 철동 합금 분말의 평균 입도는 전술한 범위일 수 있다.Accordingly, the average particle size of the iron-copper alloy powder according to an embodiment of the present invention may be in the above-described range.
상기 철동 합금 분말의 산소 함량은 0.1% 이하일 수 있다.The oxygen content of the iron-copper alloy powder may be 0.1% or less.
철동 합금 분말의 제조방법에서 후술하겠지만, 본 발명의 일 구현예는 수분사로 제조된 1차 분말을 환원 열처리하는 공정을 더 실시함에 따라 수분사 시 표면에 형성되었던 산화층을 제거할 수 있다. 이에, 합금 분말에 포함된 산소 함량은 0.1% 이하로 적을 수 있다.As will be described later in the manufacturing method of the iron-copper alloy powder, an embodiment of the present invention may remove the oxide layer formed on the surface during water spraying by further performing a process of reducing heat treatment of the primary powder prepared by water spraying. Accordingly, the oxygen content included in the alloy powder may be less than 0.1%.
철동iron copper 합금 분말의 제조방법 Method for manufacturing alloy powder
본 발명의 다른 일 구현예인 철동 합금 분말의 제조방법은, 전체 100중량%에 대해, Fe: 2.5 내지 50.0중량%, 잔부 Cu 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 용탕을 준비하는 단계, 상기 용탕에 수분사하여 1차 분말을 제조하는 단계, 및 상기 1차 분말을 환원 열처리하여 철동 합금 분말을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the method for producing iron-copper alloy powder includes preparing a molten metal including Fe: 2.5 to 50.0% by weight, the balance Cu and other unavoidable impurities, based on 100% by weight of the total, and water spraying the molten metal to prepare a primary powder, and reducing the primary powder may include the steps of preparing an iron-copper alloy powder by heat treatment.
먼저, 전체 100중량%에 대해, Fe: 2.5 내지 50.0중량%, 잔부 Cu 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 용탕을 준비하는 단계를 실시할 수 있다. First, with respect to 100% by weight of the total, Fe: 2.5 to 50.0% by weight, the balance may be carried out the step of preparing a molten metal containing Cu and other unavoidable impurities.
이때, 상기 용탕은 녹는점 대비 200℃ 이상으로 가열하여 준비할 수 있다. In this case, the molten metal may be prepared by heating it to 200° C. or more relative to the melting point.
또한, 상기 용탕 내에 포함된 산소를 제거하기 위해 탄소봉을 장입할 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니며, 환원제를 투입하여 산소를 제거할 수도 있다.In addition, a carbon rod may be charged to remove oxygen contained in the molten metal. However, the present invention is not limited thereto, and oxygen may be removed by adding a reducing agent.
상기 용탕의 합금 성분 및 조성을 한정한 이유는 앞서 철동 합금 분말에서 전술한 바와 같으므로 생략한다.The reason for limiting the alloy component and composition of the molten metal is the same as described above for the iron-copper alloy powder, and thus is omitted.
이후, 상기 용탕에 수분사하여 1차 분말을 제조하는 단계를 실시할 수 있다. Thereafter, the step of preparing the primary powder by water spraying on the molten metal may be performed.
수분사를 하기 위해 일정 정도의 용탕 유동을 만들어야 하는데, 이때 필요한 것이 용탕 노즐이다. 구체적으로, 용탕이 노즐을 통해 유동하게 되면, 고압의 물을 분사하여 분말을 제조할 수 있다. For water spray, a certain amount of molten metal flow must be created. At this time, a molten metal nozzle is required. Specifically, when the molten metal flows through the nozzle, the powder can be prepared by spraying high-pressure water.
구체적으로, 수분사 시 압력은 100 bar 이상일 수 있다. 압력이 증가할수록 분말의 입도가 감소할 수 있다. 다만, 분말의 입도가 너무 작은 경우에는 유동도가 감소하여 양산 제품 제조 시 생산성을 저하시킬 수 있다. 이에, 구체적으로는, 100 내지 1200bar로 수분사할 수 있다.Specifically, the pressure during water injection may be 100 bar or more. As the pressure increases, the particle size of the powder may decrease. However, when the particle size of the powder is too small, the flow rate may decrease, which may reduce productivity when manufacturing mass-produced products. Accordingly, specifically, it can be sprayed with water at 100 to 1200 bar.
또한, 노즐의 직경이 작을수록 분말 입도가 감소할 수도 있다. 이에, 본 발명의 일 구현예에서는 5 내지 20mm 직경의 노즐을 이용할 수 있다. In addition, the smaller the diameter of the nozzle, the smaller the powder particle size may be. Accordingly, in one embodiment of the present invention, a nozzle having a diameter of 5 to 20 mm may be used.
이에 따라, 제조된 분말의 평균 입도는 50 내지 150㎛일 수 있다. Accordingly, the average particle size of the prepared powder may be 50 to 150㎛.
또한, 상기 노즐의 재질은 quartz, alumina, yittria 등 다양한 종류의 세라믹 소재의 적용이 가능할 수 있다. 다만, 이에 제한하는 것은 아니다.In addition, various types of ceramic materials such as quartz, alumina, and yittria may be applied as the material of the nozzle. However, the present invention is not limited thereto.
또한, 수분사 제조 시 분말은 불규칙한 형상을 가지며, 이러한 불규칙 형상이 분말의 성형강도를 증가시킬 수 있다. In addition, the powder has an irregular shape during the production of water spray, and this irregular shape may increase the molding strength of the powder.
이에, 가스분사 방식으로 제조한 분말보다 성형 강도가 우수할 수 있다. 가스분사 방식으로 제조된 분말의 형상은 구형으로 규칙적일 수 있다.Accordingly, the molding strength may be superior to that of the powder manufactured by the gas injection method. The shape of the powder produced by the gas injection method may be regular in a spherical shape.
마지막으로, 상기 1차 분말을 환원 열처리하여 철동 합금 분말을 제조할 수 있다.Finally, it is possible to prepare an iron-copper alloy powder by heat-treating the primary powder.
앞서 수분사로 분말 제조 시, 냉각속도가 103K/초 이상일 수 있다. 이에, 동 기지 내에 철이 과고용된 상태로 존재하게 되어, 이를 그대로 이용하여 프레스 성형(소결체 제조) 시 성형 압력이 증가하는 문제가 있다. 따라서, 열처리를 통해 동 기지 내에 철 입자를 석출시킬 필요가 있다.In the case of powder preparation with water spray, the cooling rate may be 10 3 K/sec or more. Accordingly, there is a problem in that the iron is present in an over-dissolved state in the base, and the molding pressure is increased during press molding (sintered body manufacturing) using it as it is. Therefore, it is necessary to precipitate iron particles in the copper matrix through heat treatment.
또한, 수분사 제조의 경우, 고온의 용탕이 물과 접촉하여 분말이 제조되므로, 분말 표면에 산화층이 필연적으로 생성된다. 이러한 산화층 제거를 위해 환원 열처리공정이 반드시 필요하다. In addition, in the case of water injection production, since the high-temperature molten metal is in contact with water to produce a powder, an oxide layer is inevitably generated on the surface of the powder. In order to remove such an oxide layer, a reduction heat treatment process is absolutely necessary.
이에 따라, 본 발명의 일 구현예는 환원 열처리를 실시함에 따라, 산화층 제거와 함께 철 입자 석출을 동시에 유도할 수 있다. Accordingly, according to the exemplary embodiment of the present invention, when the reduction heat treatment is performed, iron particle precipitation can be simultaneously induced together with the removal of the oxide layer.
구체적으로, 환원 열처리는 수소 분위기 및 300 내지 900℃에서 실시할 수 있다. 구체적으로, 300℃ 미만일 경우에는 환원 효과가 미비할 수 있고, 900℃를 초과할 경우에는 동 분말 간 접합이 발생할 수 있다.Specifically, the reduction heat treatment may be performed in a hydrogen atmosphere and 300 to 900°C. Specifically, when it is less than 300°C, the reducing effect may be insignificant, and when it exceeds 900°C, bonding between copper powders may occur.
이에 따라, 환원 열처리를 실시할 경우 과고용 되었던 Fe 입자가 석출되어, 분말의 성형 압력이 소결체 제조에도 적절할 수 있다.Accordingly, when the reduction heat treatment is performed, the excessively dissolved Fe particles are precipitated, and the molding pressure of the powder may be suitable for manufacturing the sintered body.
철동iron copper 합금 분말을 이용한 소결체 Sintered body using alloy powder
본 발명의 또 다른 일 구현예는 순철 분말, 및 전술한 철동 합금 분말을 포함하는 소결체를 제공할 수 있다. Another embodiment of the present invention may provide a sintered body comprising the pure iron powder, and the iron-copper alloy powder described above.
구체적으로, 상기 순철 분말도 전술한 철동 합금 분말과 같이 수분사로 제조한 것일 수 있다. 다만, 이에 제한하는 것은 아니다. Specifically, the pure iron powder may also be prepared by water sand like the above-mentioned iron-copper alloy powder. However, the present invention is not limited thereto.
또한, 상기 철동 합금 분말은 전술한 바와 같다. In addition, the iron-copper alloy powder is the same as described above.
구체적으로, 본 발명의 일 구현예인 소결체는 상기 순철 분말과 상기 철동 합금 분말을 혼합한 후 프레스 성형하고, 소결한 것일 수 있다. Specifically, the sintered compact according to an embodiment of the present invention may be a mixture of the pure iron powder and the iron-copper alloy powder, press-molded, and sintered.
이때, 소결 온도는 1000 내지 1200 ℃에서 0.5 내지 3 시간 동안 실시할 수 있다. 소결 분위기는 5 내지 100% H2: 0 내지 95% N2 분위기일 수 있다. At this time, the sintering temperature may be carried out at 1000 to 1200 ℃ for 0.5 to 3 hours. The sintering atmosphere may be 5 to 100% H 2 : 0 to 95% N 2 atmosphere.
다만, 이에 제한하는 것은 아니며, 소결체 형태로 제조하기 위해 성형, 소결하는 조건이면 모두 가능할 수 있다.However, the present invention is not limited thereto, and any conditions for molding and sintering to produce a sintered body may be possible.
상기와 같이 소결되어 제조된 소결체는 순철 분말과 철동 합금 분말 사이 합금 영역을 포함하고, 상기 합금 영역은 5 내지 50㎛일 수 있다.The sintered body manufactured by sintering as described above includes an alloy region between the pure iron powder and the iron-copper alloy powder, and the alloy region may be 5 to 50 μm.
이는 순동 합금 분말을 순철 합금과 혼합하여 소결한 소결체보다 증가된 것일 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 구현예에 따른 소결체는 소결 강도가 더 우수할 수 있다.This may be increased than the sintered body obtained by mixing pure copper alloy powder with pure iron alloy. Accordingly, the sintered compact according to an embodiment of the present invention may have better sintering strength.
합금 영역은 도 1에 개시된 바와 같다. The alloy region is as disclosed in FIG. 1 .
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 소결체에서 순철 분말과 철동 분말 사이 소결에 의해 나타나는 합금 영역을 도식화하여 나타낸 것이다.1 is a schematic view showing an alloy region appearing by sintering between pure iron powder and iron copper powder in a sintered body according to an embodiment of the present invention.
이에 따라, 본 발명의 일 구현예에 따른 철동 분말을 이용하여 소결체 제조 시, 상기 합금 영역이 클 수 있다.Accordingly, when the sintered body is manufactured using the iron-copper powder according to the embodiment of the present invention, the alloy region may be large.
구체적으로, 상기 소결체의 소결 강도는 620 내지 670 MPa일 수 있다. Specifically, the sintering strength of the sintered body may be 620 to 670 MPa.
전술하였지만, 순철 분말과 철동 합금 분말 사이 전술한 합금 영역으로 인해 소결 강도가 상기와 같이 우수할 수 있는 것이다.As described above, the sintering strength may be excellent as described above due to the above-described alloy region between the pure iron powder and the iron-copper alloy powder.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples and comparative examples of the present invention will be described. However, the following examples are only preferred examples of the present invention, and the present invention is not limited thereto.
실시예Example
전체 100중량%에 대해, Fe: 30.0중량%, 잔부 Cu 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 용탕을 준비하였다. 구체적으로, 녹는점 대비 200℃ 이상으로 가열하여 용탕을 준비하였다. 또한, 상기 용탕 내에 포함된 산소를 제거하기 위해 탄소봉을 장입하였다.Based on 100 wt% of the total, Fe: 30.0 wt%, a molten metal containing the remainder Cu and other unavoidable impurities was prepared. Specifically, the molten metal was prepared by heating to 200° C. or higher compared to the melting point. In addition, a carbon rod was charged to remove oxygen contained in the molten metal.
상기 용탕에 수분사하여 1차 분말을 제조하였다. 수분사 시 압력은 100bar로 하였다. 또한, 사용한 노즐의 직경은 8mm 였다. A primary powder was prepared by water spraying the molten metal. The pressure at the time of water injection was 100 bar. In addition, the diameter of the nozzle used was 8 mm.
상기 1차 분말을 환원 열처리하여 철동 합금 분말을 제조하였다. 구체적으로, 수소 분위기, 500℃에서 1시간 동안 열처리하였다. 이후, 공냉하였다. The primary powder was subjected to a reduction heat treatment to prepare an iron-copper alloy powder. Specifically, it was heat-treated in a hydrogen atmosphere at 500° C. for 1 hour. Then, it was air-cooled.
최종적으로 제조된 청동 합금 분말의 형상은 표면이 불규칙한 형상을 보였고, 이는 도 2에 도시된 바와 같다. The shape of the finally prepared bronze alloy powder showed an irregular shape on the surface, as shown in FIG. 2 .
도 2는 실시예에 따른 철동 분말의 형상을 SEM으로 관찰하여 나타낸 것이다.2 is a view showing the shape of the iron-copper powder according to the embodiment observed by SEM.
또한, 상기 철동 분말의 산소농도는 0.1 중량% 이하였다. In addition, the oxygen concentration of the iron-copper powder was 0.1 wt% or less.
철동 분말의 입도는 3회 제조 평균 90㎛수준이었다. 분말의 입도 분포는 도 3에 개시한 바와 같다. The particle size of the iron-copper powder was an average of 90 μm for three productions. The particle size distribution of the powder is as shown in FIG. 3 .
도 3은 실시예에 따른 철동 합금 분말의 입도 분포를 그래프로 나타낸 것이다.3 is a graph showing the particle size distribution of the iron-copper alloy powder according to the embodiment.
비교예comparative example
상기 실시예와 달리, 순동 분말을 준비하였다. Unlike the above example, pure copper powder was prepared.
구체적으로, 순동 분말은 상기 실시예 1의 1차 분말 제조 조건과 동일하게 수분사하여 제조하였다.Specifically, pure copper powder was prepared by water-spraying in the same manner as in Example 1 above for preparing the primary powder.
실험예Experimental example
상기 실시예 및 비교예에 따른 분말을 이용하여 소결체를 제조하였다.A sintered body was prepared using the powders according to the above Examples and Comparative Examples.
구체적으로, 순철 분말을 실시예 1의 1차 분말 제조 조건과 동일하게 수분사하여 제조하였다.Specifically, pure iron powder was prepared by water spraying in the same manner as in Example 1 for the primary powder preparation conditions.
이후, 실시예에 따른 소결체는 상기 순철 분말에 철동 합금 분말을 혼합하여 혼합 분말을 준비하였다. 이때, 혼합비는 순철 분말:철동 합금 분말=98:2으로 하였다. Thereafter, the sintered body according to the embodiment was prepared by mixing the iron-copper alloy powder with the pure iron powder to prepare a mixed powder. At this time, the mixing ratio was pure iron powder:iron-copper alloy powder=98:2.
비교예는 상기 순철 분말에 순동 분말을 혼합하여 소결체를 제조하였다. In Comparative Example, a sintered body was prepared by mixing pure copper powder with the pure iron powder.
이때 혼합비는, FC-0208(Fe 98중량%-Cu 2중량%) Premix(Press-ready mixture)로 하였다. At this time, the mixing ratio was FC-0208 (98 wt% Fe - 2 wt% Cu) Premix (Press-ready mixture).
이후, 상기 혼합 분말을 각각 성형 및 소결하여 자동차용 클러치 드럼(clutch-drum)을 제작하였다. 이때, 소결은 1120℃에서, 30분 간, 10% H2: 90% N2 조건 하에서 실시하였다.Thereafter, the mixed powder was respectively molded and sintered to manufacture a clutch-drum for automobiles. At this time, the sintering was carried out at 1120° C. for 30 minutes, 10% H 2 : 90% N 2 conditions.
이는 도 4에 개시된 바와 같다.This is as disclosed in FIG. 4 .
도 4는 실시예 및 비교예에 따른 분말로 제조한 소결체의 형상을 나타낸 것이다.Figure 4 shows the shape of the sintered compact prepared with the powder according to Examples and Comparative Examples.
이후, 제조된 소결체의 특성을 측정하였다. Thereafter, the properties of the prepared sintered body were measured.
성형압력 측정 방법 How to measure molding pressure
성형 밀도 7 g/cm3 달성을 위해 성형 시 가해지는 압력을 비교하였다. The pressure applied during molding was compared to achieve a molding density of 7 g/cm 3 .
성형압력 측정 방법 How to measure molding pressure
소결 후 인장시험을 통해 소결 강도를 비교하였다. After sintering, the sintering strength was compared through a tensile test.
이에 따른 결과는 하기 표 1에 개시한 바와 같다. The results are as shown in Table 1 below.
상기 표 1에 개시된 바와 같이, 실시예와 비교예에 따른 소결체의 성형 압력은 비슷하나, 소결 강도는 약 10% 이상 증가하는 효과를 확인하였다. As shown in Table 1, the molding pressure of the sintered body according to the Example and Comparative Example is similar, but the effect of increasing the sintering strength by about 10% or more was confirmed.
실시예에 따른 소결체의 소결강도가 더 우수한 이유는 순철 분말과 철동 분말 사이 합금 영역이, 비교예에 따른 소결체의 순철 분말과 순동 분말 사이 합금 영역에 비해 크기 때문이다. 즉, 실시예와 비교예에 따른 소결체 제조 시 혼합되는 순철 분말의 함량은 동일하나, 상기 순철 분말에 철동 합금 분말을 첨가하는 경우(실시예)의 합금 영역이 더 큰 것을 알 수 있다.The reason why the sintered strength of the sintered body according to the embodiment is better is that the alloy region between the pure iron powder and the iron-copper powder is larger than the alloy region between the pure iron powder and the pure copper powder of the sintered body according to the comparative example. That is, it can be seen that the content of the pure iron powder mixed during the manufacture of the sintered body according to the Example and the Comparative Example is the same, but the alloy area is larger when the iron-copper alloy powder is added to the pure iron powder (Example).
이는 도 5를 통해서도 알 수 있다.This can also be seen from FIG. 5 .
도 5는 실시예와 비교예에 따른 소결체의 합금 영역을 SEM EDS로 측정하여 나타낸 것이다.5 is a view showing the alloy region of the sintered body according to Examples and Comparative Examples measured by SEM EDS.
구체적으로, 도 5에 개시된 바와 같이, 실시예의 경우 비교예보다 철과 동 간의 합금 영역(Fe-Cu)이 증가하여 더 두꺼운 것을 알 수 있다. 그 결과, 소결강도를 향상시키는 효과가 있다. Specifically, as shown in FIG. 5 , it can be seen that the alloy region (Fe-Cu) between iron and copper increases and is thicker in the case of the example than in the comparative example. As a result, there is an effect of improving the sintering strength.
뿐만 아니라, 철동 분말을 이용한 실시예의 경우, 소결 후 동(Cu) 영역 내부도 철에 의해 강화되기 때문에, 소결강도를 추가적으로 향상시킬 수 있다. In addition, in the case of the embodiment using the iron-copper powder, since the inside of the copper (Cu) region is also strengthened by iron after sintering, the sintering strength can be further improved.
즉, 순동 분말을 사용하는 비교예는 철 기지와 동 영역 간의 강도 차이에 의해 부품 강도가 하락할 수 있다. 특히 외력 인가 시 파괴강도 및 인성이 하락하는 문제가 발생한다. That is, in the comparative example using pure copper powder, the strength of the part may be decreased due to the difference in strength between the iron matrix and the copper region. In particular, when an external force is applied, the fracture strength and toughness decrease.
따라서, 순동 분말 대신 실시예와 같이 철동 분말을 사용할 경우, 철-동 간 합금영역이 증가하고, 특히 동 영역의 강도가 크게 증가하여, 부품 파괴 강도와 인성 향상에 탁월한 효과가 있다.Therefore, when iron-copper powder is used instead of pure copper powder as in the example, the iron-copper alloy region increases, and in particular, the strength of the copper region increases significantly, which has an excellent effect in improving the fracture strength and toughness of parts.
이와 같은 특징은 실시예에 따른 철동 합금 분말의 미세조직을 통해서도 확인할 수 있다. Such characteristics can also be confirmed through the microstructure of the iron-copper alloy powder according to the embodiment.
도 6은 실시예에 따른 미세조직을 SEM으로 관찰하여 나타낸 것이다.6 is a view showing the microstructure according to the example observed by SEM.
도 6에 개시된 바와 같이, 분말 내부에는 약 10㎛ 크기의 Fe 입자가 Cu 기지 내에 균일하게 석출되어 분포하는 것을 알 수 있다. 간혹 50nm 이하의 미세 Fe 입자도 분포하는 것을 알 수 있다. As shown in FIG. 6 , it can be seen that Fe particles having a size of about 10 μm are uniformly precipitated and distributed in the Cu matrix inside the powder. Occasionally, it can be seen that fine Fe particles of 50 nm or less are also distributed.
이와 같이, 철동 분말을 이용할 경우 기지 내에 석출된 Fe 입자로 인해 소결체 제조 시 철-동 간 합금 영역이 증대되고, 동 영역의 강도도 증가할 수 있는 것이다.In this way, when iron-copper powder is used, the iron-copper alloy region is increased when the sintered body is manufactured due to the Fe particles precipitated in the matrix, and the strength of the copper region can also be increased.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.The present invention is not limited to the above embodiments, but can be manufactured in a variety of different forms, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can take other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. It will be understood that it can be implemented as Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.
Claims (12)
철동 합금 분말은, Cu 기지에 평균 입도 20㎛ 이하의 Fe 분말이 석출된 것이며,
상기 철동 합금 분말은 형상이 불규칙한 형상인, 철동 합금 분말.
With respect to the total 100% by weight, Fe: 30.0 to 50.0% by weight, the balance includes Cu and other unavoidable impurities,
The iron-copper alloy powder is a Cu matrix in which Fe powder having an average particle size of 20 μm or less is precipitated,
The iron-copper alloy powder has an irregular shape, the iron-copper alloy powder.
상기 철동 합금 분말은,
상기 분말에 포함된 Fe의 총 중량 대비 Cu 기지에 고용된 Fe 입자의 분율이 2.0 내지 5.0%인 철동 합금 분말.
In claim 1,
The iron-copper alloy powder is
An iron-copper alloy powder in which the fraction of Fe particles dissolved in the Cu matrix is 2.0 to 5.0% based on the total weight of Fe contained in the powder.
상기 철동 합금 분말의 평균 입도는 50 내지 150㎛인 철동 합금 분말.
In claim 3,
The iron-copper alloy powder has an average particle size of 50 to 150 μm.
상기 철동 합금 분말의 산소 함량은 0.1% 이하인 철동 합금 분말.
In claim 4,
The oxygen content of the iron-copper alloy powder is 0.1% or less of the iron-copper alloy powder.
상기 용탕에 수분사하여 1차 분말을 제조하는 단계; 및
상기 1차 분말을 환원 열처리하여 철동 합금 분말을 제조하는 단계를 포함하고,
상기 1차 분말을 환원 열처리하여 철동 합금 분말을 제조하는 단계는, 수소 분위기, 및 300 내지 900℃에서 열처리하는, 철동 합금 분말의 제조방법.
preparing a molten metal including Fe: 30.0 to 50.0 wt%, the balance Cu and other unavoidable impurities based on 100 wt% of the total;
preparing a primary powder by water spraying the molten metal; and
Reducing the primary powder to prepare an iron-copper alloy powder,
The step of preparing the iron-copper alloy powder by reducing the primary powder is heat-treated in a hydrogen atmosphere, and 300 to 900° C., a method for producing an iron-copper alloy powder.
상기 용탕에 수분사하여 1차 분말을 제조하는 단계에서,
상기 수분사 시 분사 압력은 100bar 이상인 철동 합금 분말의 제조방법.
In claim 6,
In the step of preparing the primary powder by water spraying the molten metal,
The injection pressure at the time of the water injection is 100 bar or more method of manufacturing iron-copper alloy powder.
상기 용탕에 수분사하여 1차 분말을 제조하는 단계에서,
상기 용탕은 노즐로 유동되고,
상기 노즐의 평균 직경은 5 내지 20mm인 철동 합금 분말의 제조방법.
In claim 8,
In the step of preparing the primary powder by water spraying the molten metal,
The molten metal flows through a nozzle,
The average diameter of the nozzle is a method for producing an iron-copper alloy powder of 5 to 20mm.
상기 제1항 및 제3항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 의한 철동 합금 분말을 포함하는 소결체.
pure iron powder; and
A sintered body comprising the iron-copper alloy powder according to any one of claims 1 to 5.
상기 순철 분말과 상기 철동 합금 분말 사이 합금 영역을 포함하고,
상기 합금 영역은 5 내지 50㎛인 소결체.
In claim 10,
An alloy region between the pure iron powder and the iron-copper alloy powder,
The alloy region is 5 to 50㎛ sintered body.
상기 소결체의 소결 강도는 620 내지 670 MPa 인 소결체.
11. The method of claim 10,
The sintered strength of the sintered compact is 620 to 670 MPa.
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