원자화된 금속의 주요 역할

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원자화된 금속 은 원자화를 통해 미세한 입자로 환원된 금속 분말을 말합니다. 이 공정은 대량의 액체 금속을 작은 물방울의 스프레이로 바꾸어 미세한 구형 분말로 응고시키는 과정을 포함합니다. 원자화된 금속은 고유한 특성과 기능으로 인해 다양한 산업 분야에서 중요한 역할을 합니다.

원자화된 금속의 응용

원자화된 금속 분말은 기존 금속 형태에 비해 몇 가지 주요 이점을 제공합니다:

높은 표면적 &8211; 작은 크기와 구형 모양으로 분무된 분말은 부피 대비 표면적이 매우 높아 우수한 접촉 및 상호 작용을 가능하게 합니다.
손쉬운 압축 &8211; 분말을 높은 녹색 밀도로 다양한 모양으로 압축할 수 있어 효율적인 제조가 가능합니다.
성능 향상 &8211; 분무 분말로 만든 부품은 종종 더 나은 기계적 특성을 보여줍니다.
맞춤형 합금 &8211; 맞춤형 합금을 원자화하여 화학 물질을 정밀하게 제어할 수 있습니다.

이러한 특성으로 인해 원자화된 금속은 분말 야금, 용사, 금속 사출 성형 및 적층 제조를 통한 부품 제조에 적합합니다. 주요 응용 분야는 다음과 같습니다:

분말 야금

분말 야금은 압축 및 소결된 금속 분말을 사용하여 정밀한 그물 모양의 부품을 생산합니다. 미세한 입자 덕분에 금형에 압착할 때 뛰어난 흐름과 압축이 가능합니다. 가공 없이도 엄격한 치수 공차로 부품을 제작할 수 있어 재료 낭비를 최소화할 수 있습니다. 일반적인 분말 야금 부품에는 자동차 변속기 기어, 커넥팅 로드 및 자체 윤활 베어링이 포함됩니다.

열 분무

열 스프레이에서는 분무된 분말을 가열된 건을 통해 공급하여 표면에 용융 또는 반용융 스프레이 침전물을 생성합니다. 이를 통해 부품에 두꺼운 보호용 금속 코팅을 빠르게 적용할 수 있습니다. 분무 금속을 이용한 열 스프레이는 엔진 실린더, 유압 샤프트, 교량 및 내마모성/내식성 또는 단열이 필요한 기타 산업 부품을 코팅하는 데 사용됩니다.

금속 사출 성형

금속 사출 성형(MIM)은 분말 야금과 플라스틱 사출 성형을 결합하여 작고 복잡한 부품을 제조하는 기술입니다. 분무화된 분말을 폴리머 바인더와 혼합하여 사출 성형한 다음 소결합니다. MIM은 최소한의 마감 처리로 기어나 의료용 임플란트와 같은 복잡한 그물 모양의 부품을 대량으로 생산할 수 있습니다.

적층 제조

선택적 레이저 소결, 직접 금속 레이저 소결 및 바인더 분사 방식은 분무된 금속 분말을 사용하여 부품을 층별로 3D 프린팅합니다. 복잡한 형상을 가진 가볍고 다공성 구조물을 적층식으로 제작할 수 있습니다. 원자화된 금속은 적층 제조를 통해 일회성 프로토타입, 맞춤형 치과 크라운, 항공우주 부품 및 생체 의료용 임플란트를 제작하는 데 이상적입니다.

원자화된 금속 분말을 생산하는 방법

산업 규모에서 원자화된 금속 분말을 생산하는 데 사용되는 몇 가지 기술이 있습니다:

가스 분무

가스 분무가 가장 일반적인 방법입니다. 금속을 녹여 바닥에 세라믹 노즐이 있는 툰디쉬에 붓습니다. 고압 불활성 가스(일반적으로 질소 또는 아르곤)가 노즐에 주입되어 용융된 스트림을 미세한 방울의 스프레이로 분해합니다. 이 방울은 떨어지고 냉각되면서 구형 분말로 빠르게 응고됩니다. 다양한 가스 압력과 노즐 설계로 10 &8211; 150 미크론 크기의 분말을 생산할 수 있습니다.

물 분무

물 분무에서는 용융 금속 스트림이 고압 워터 제트에 의해 분해됩니다. 물은 물방울을 빠르게 냉각시켜 불규칙한 모양의 분말을 생성합니다. 물 분무는 가스 분무에 비해 10미크론 미만의 미세한 입자를 더 많이 생산할 수 있습니다. 그러나 분말은 물의 산소로 인해 오염될 수 있습니다.

원심 분무

여기서 용융 금속은 회전하는 디스크 또는 여러 개의 회전 컵에 공급됩니다. 원심력이 액체 금속의 인대를 떨어뜨려 물방울로 부서지고 분말로 응고됩니다. 이 방법은 가스 분무보다 생산 속도가 빠르지만 구형 입자가 적게 생성됩니다.

초음파 가스 분무

가스 분무기에서 용융 금속 스트림에 초음파 진동을 적용하면 물방울이 더 미세하게 분사되고 입자 크기 분포가 더 작아집니다. 음파는 금속의 분해와 분산을 향상시킵니다. 하지만 산업 생산까지 확장하기는 어렵습니다.

전극 유도 가스 분무

가스 분무 직전에 유도 코일을 통해 용융 금속 스트림을 통해 전류가 직접 전달됩니다. 이 유도 가열은 금속을 끓이고 교반하여 보다 균일한 크기의 구형 분말을 생성합니다. 이를 통해 입자 크기와 형태를 제어할 수 있습니다.

적절한 분무 기술은 합금, 원하는 분말 특성, 순도 요구 사항 및 생산량에 따라 선택됩니다.

원자화된 금속 분말의 특성

분무는 성능을 결정하는 고유한 구성과 물리적 특성을 가진 분말을 생산합니다. 주요 특성은 다음과 같습니다:

입자 크기 일반적으로 10 &8211; 150 μm. 크기가 작을수록 표면적이 넓습니다. 크기가 클수록 압축 시 더 잘 압축되고 변형이 적습니다.
파티클 모양 가스 분무는 분말 압축에 이상적인 구형 입자를 생성합니다. 물 분무 입자는 더 불규칙합니다.
입자 크기 분포 – 분포가 좁을수록 포장 시 공극이 거의 없이 파우더 밀도를 극대화할 수 있습니다.
구성 – 화학 및 미세 구조를 제어할 수 있습니다. 급격한 냉각은 종종 비평형 메타 안정 단계를 생성합니다.
순도 – 불활성 가스 분무로 산화를 방지합니다. 미량의 산소나 질소는 입자를 약화시킬 수 있습니다.
흐름성 – 구형 형태는 우수한 유동 거동을 제공합니다. 다짐 시 다이 캐비티를 균일하게 채우는 데 중요합니다.
겉보기 밀도 밀도가 높을수록 프레스 특성과 소결 거동이 향상됩니다. 이론적 밀도 범위는 40-65%입니다.
탭 밀도 기계적 두드림/교반 후 분말은 이론적 밀도 65%에 도달할 수 있습니다. 압축성을 나타냅니다.
하우스너 비율 낮은 비율(~1.25)은 가공 중 분말 흐름이 용이함을 나타냅니다. 높은 비율(~1.4)은 응집력과 흐름이 좋지 않음을 나타냅니다.

이러한 분말 품질은 분무 공정의 세심한 제어를 통해 특정 용도의 요구 사항을 충족하도록 맞춤화됩니다.

분무 금속 분말 사용의 이점

원자화된 금속은 제조 시 다른 출발 물질에 비해 몇 가지 중요한 이점을 제공합니다:

내구성이 높고 일관된 부품을 효율적으로 생산
금속 가공 공정 대비 스크랩 생성 감소
작고 복잡한 컴포넌트 지오메트리 활성화
잉곳 야금으로는 쉽게 생산할 수 없는 합금 조성물 제공
적층 제조 방식을 통한 유연성 제공
향상된 속성을 위한 초미세 미세 구조 허용
부품 전체에 걸쳐 보다 균일한 미세 구조를 생성합니다.
뛰어난 표면 마감, 밀도, 공차 및 반복성 제공
그물 모양에 가까운 제작을 허용하여 가공을 최소화합니다.
새로운 비평형 금속 위상 제공

원자화된 금속의 고유한 특성으로 인해 자동차, 항공우주, 전자, 의료 및 방위 산업의 핵심 응용 분야에 이상적인 공급 원료입니다. 기존의 금속 가공 경로로는 그 정밀도와 성능을 달성할 수 없는 경우가 많습니다.

원자화된 금속 생산의 발전

최근 분무 기술의 발전으로 금속 분말의 기능과 용도가 확대되고 있습니다:

마이크로파 플라즈마 토치는 금속을 끓는점 이상으로 과열하여 원자화 과정에서 100nm 미만의 초미세 나노 입자를 생성할 수 있습니다.
제어된 원자화 및 냉각을 통해 우수한 특성을 가진 비정질 금속 분말을 생산할 수 있습니다.
다중 노즐 가스 분무는 속이 빈 구형이나 플레이크와 같은 새로운 입자 모양을 생성합니다.
동적 가스 흐름 조정은 입자 크기 분포와 형태를 즉석에서 수정합니다.
초고속 가속 분무는 나노 결정 복합 분말을 만듭니다.
통합 분무-소결 시스템은 비용을 절감하고 품질을 개선합니다.
기상 증착을 통해 기내에서 입자를 매끄럽게 코팅하면 분말의 흐름과 포장을 개선할 수 있습니다.
액적 형성 및 응고에 대한 고급 모델링을 통해 분무 프로세스를 최적화하고 있습니다.
특수 노즐을 사용하면 알루미늄 및 마그네슘과 같이 반응성이 높은 합금을 최소한의 산화로 분무할 수 있습니다.

원자화된 금속 분말 생산에 대한 지속적인 연구와 발전은 더 많은 응용 분야와 기능을 열어줄 것입니다.

원자화된 금속 분말의 주요 생산업체

대부분의 분무 분말은 소수의 주요 금속 분말 공급업체에서 생산합니다:

회가나에스 주식회사 - 최대 금속 분말 제조업체인 GKN 그룹의 계열사로, 다양한 분무 분말을 생산합니다.
샌드빅 오스프리 - 적층 제조를 위한 선도적인 분말, 니켈 초합금 전문 업체입니다.
프렉스에어 표면 기술 - 용사 산업의 중요한 공급업체로 맞춤형 합금을 제공합니다.
호가나스 - 확산 합금강 전문업체로, PM 부품용 주요 철 분말을 생산합니다.
리오 틴토 메탈 파우더 - 티타늄 및 특수 합금 분말의 주요 생산업체입니다.
아메텍 특수 금속 제품 - 대용량 강철 및 구리 분무 분말.
CNPC 파우더 그룹 - 알루미늄 및 합금 분말의 주요 생산업체입니다.
미쓰이 광업 및 제련 - 구리, 철, 주석 분말을 공급하는 일본 업체입니다.
뷜러 그룹 - 다이캐스팅 및 분무 장비 분야의 글로벌 리더입니다.
Makin Metal Powders (UK) Ltd – Al, Cr, Ni 초합금 분말의 주요 제조업체입니다.

이러한 회사 대부분은 입자 크기, 모양, 화학 성분을 특정 요구 사항에 맞게 조정할 수 있습니다.

원자화된 금속 분말의 도전 과제

원자화된 금속은 분명한 장점을 가지고 있지만 몇 가지 고유한 과제를 안고 있습니다:

높은 생산 비용 - 고가의 원자재, 자본 장비, 고순도 불활성 가스가 필요합니다.
사용 가능한 크기가 제한됨 - 가스 분무는 25-150μm의 분말에 가장 효과적입니다. 초미립자 또는 거친 입자에는 다른 방법이 필요합니다.
산소 픽업 - 원자화 및 취급 시 특히 반응성 합금에서 미량의 산소 오염이 발생할 수 있습니다.
낮은 탭 밀도 - 불규칙한 파우더 모양으로 인해 압축 후 최대 밀도가 감소합니다.
먼지 위험 - 미세 분말은 폭발 및 흡입 위험이 있어 특별한 취급이 필요합니다.
원재료 순도 - 액체 금속에서 불순물과 내포물이 이월되어 최종 특성에 영향을 미칠 수 있습니다.
응집 - 입자 위성 및 응집체는 파우더 유동성을 낮춥니다.
압축 포장의 다공성 - 가장 밀도가 높은 포장에도 오염을 가둘 수 있는 미세한 공극이 여전히 존재합니다.
잔류 응력 - 응고 중 급속 냉각 및 수축으로 인해 입자에 응력이 발생합니다.
압축물의 산화 - 소결은 산화를 방지하기 위해 진공 또는 불활성 분위기에서 이루어져야 합니다.
치수 변화 - 고체 소결 시 10~20%의 수축으로 인해 뒤틀림과 왜곡이 발생할 수 있습니다.

이러한 어려움은 적절한 분말 생산, 취급 및 부품 가공 방법을 통해 관리할 수 있지만, 특정 분말 야금 응용 분야에서는 여전히 장애물로 남아 있습니다.

원자화된 금속 분말의 미래 전망

분무 금속 분말의 고유한 특성으로 인해 거의 모든 산업 분야에서 고성능 부품을 제작하는 데 적합합니다. 지속적인 연구와 공정 개선을 통해 분무 금속은 더 가볍고 강하며 복잡한 금속 부품을 구현하는 데 있어 그 역할이 더욱 확대될 것입니다.

원자화된 금속 분말의 미래를 형성할 주요 트렌드:

비용이 감소함에 따라 3D 프린팅 도입이 증가하고 있습니다.
더 엄격한 입자 크기 제어 및 입자 수정을 통해 파우더 성능을 개선합니다.
분말 야금을 통해서만 새로운 고강도 합금을 개발합니다.
임플란트 및 보철물과 같은 생체의료 부품에 대한 사용 확대.
맞춤형 미세 구조와 특성을 위한 지속적인 합금 개발.
금속 3D 프린팅 사용자의 비용 절감을 위한 자동화 및 현장 분무화.
나노 입자 원자화를 통해 매우 미세하고 향상된 특성을 제공합니다.
금속 분말 재활용에 대한 관심 증가.
다중 금속 인쇄 및 복합 재료로 사용 가능한 합금의 범위가 넓어졌습니다.
파우더 특성 및 소결성을 향상시키는 특수 표면 코팅.
가스 오염을 최소화하는 고순도 시스템.

원자화된 금속 분말은 더 강하고, 더 가볍고, 더 고성능이며, 더 복잡한 금속 부품을 가능하게 할 것입니다. 지속적인 야금 및 공정 개발은 제조 산업 전반에 걸쳐 새로운 기회를 열어줄 것입니다.

자주 묻는 질문

가장 일반적으로 원자화된 금속은 무엇인가요?

가장 일반적으로 원자화된 금속은 다음과 같습니다:

스테인리스 스틸과 같은 철 및 강철 합금
구리 및 황동과 같은 구리 합금
알루미늄-실리콘을 포함한 알루미늄 합금
니켈 기반 초합금 및 코발트 합금
티타늄 및 티타늄 합금

분무 분말의 일반적인 크기 범위는 어떻게 되나요?

가스 분무 분말은 직경이 약 10마이크론에서 150마이크론까지 다양합니다. 물 분무 분말은 3마이크론까지 작아질 수 있습니다. 특수 공정을 통해 1마이크론 미만의 나노 입자 분말을 생성할 수도 있습니다.

어떤 산업에서 분무 금속 분말을 사용하나요?

원자화된 금속 분말을 활용하는 주요 산업으로는 항공우주, 자동차, 전자, 생물의학, 방위, 적층 제조 등이 있습니다. 분말을 사용하면 가볍고 튼튼하며 복잡한 금속 부품을 만들 수 있습니다.

가스 분무 분말의 주요 이점은 무엇인가요?

가스 분무 분말은 구형의 형태를 가지고 있어 금형 압축 시 우수한 흐름과 압축을 제공합니다. 또한 산소 오염이 적습니다.

금속 분말은 어떻게 안전하게 취급하나요?

금속 분말은 폭발 위험이 있으므로 취급 시 주의를 기울여야 합니다. 작업자는 흡입을 방지하기 위해 호흡기를 착용합니다. 분말은 먼지가 쌓이지 않도록 덮고 밀봉하여 보관합니다.

질소와 같은 불활성 가스를 금속 분무에 사용하는 이유는 무엇인가요?

불활성 가스는 용융 금속과 공기 사이의 반응을 방지하여 산화를 방지합니다. 질소는 아르곤보다 비용이 저렴하기 때문에 가장 일반적으로 사용됩니다.

금속 사출 성형과 금속 바인더 제트 3D 프린팅이란 무엇인가요?

두 공정 모두 먼저 유기 바인더와 혼합된 금속 분말로 '녹색' 부품을 성형합니다. 그런 다음 바인더를 제거하고 분말을 소결하여 최종 고밀도 금속 부품을 만듭니다.

금속 분말은 어떻게 재활용되나요?

사용하지 않은 금속 분말은 새로운 분말과 혼합하거나 직접 다시 원자화할 수 있습니다. 부품과 3D 프린팅 부품은 종종 파쇄되어 분말 공급 원료로 다시 원자화됩니다.