소개
금속 분무 기술 용융 금속을 가스 또는 물을 사용하여 매우 미세한 방울로 분해하여 금속을 액체에서 분말 형태로 전환하는 공정입니다. 이 방울은 빠르게 응고되어 5 &8211; 500 μm의 크기 범위에서 분말 입자가 됩니다. 원자화 기술을 통해 입자 크기 분포, 조성 및 형태가 정밀한 금속 분말을 생산할 수 있게 되었습니다. 금속 분말은 분말 야금, 용사, 금속 첨가제 제조 등을 사용하여 부품 제조에 응용할 수 있습니다. 이 문서에서는 다양한 분무 방법, 분무 분말의 특성 및 다양한 산업 분야의 적용 사례에 대한 개요를 제공합니다.
금속 분무 기술의 방법
금속 원자화에는 두 가지 주요 기술이 있습니다:
가스 분무
가스 분무에서는 용융 금속 스트림이 고속 가스(일반적으로 질소 또는 아르곤) 분사에 의해 분해됩니다. 가스 분무 장치는 용융물 전달 시스템, 분무 챔버, 분말 수집 시스템으로 구성됩니다. 용융물 전달 시스템은 용융 금속이 흘러나오는 바닥에 노즐이 있는 턴디시 또는 도가니입니다. 노즐을 빠져나오면 금속 스트림은 용융 스트림에 방사형 또는 평행하게 배치된 고압 가스 제트에 의해 충격을 받습니다. 가스 제트는 용융물을 미세한 물방울로 분해하여 수집 챔버로 이동하면서 빠르게 응고시킵니다.
가스 분무의 주요 장점은 다음과 같습니다:
- 평균 크기가 20㎛ 이하인 미세 분말을 생산할 수 있습니다. 입자 크기 분포가 좁습니다.
- 가스 분무 분말은 소결 응용 분야에 이상적인 둥근 입자 형태를 가지고 있습니다.
- 티타늄, 알루미늄과 같은 반응성 금속은 불활성 대기에서 공정이 진행되므로 원자화할 수 있습니다.
- 여러 개의 가스 분사를 통해 대량의 분말을 연속적으로 생산할 수 있습니다.
하지만 가스 분무는 높은 자본 투자가 필요하고 가스 소비량이 많아 운영 비용이 높습니다.
물 분무
물 분무에서는 노즐에서 나오는 용융 금속 흐름이 위나 측면에서 나오는 물 분사에 의해 분해됩니다. 물 분무에는 불활성 가스가 필요하지 않으며 더 간단한 공정입니다. 하지만 입자 크기 범위가 100 &8211; 500 μm이고 분말 입자의 형태가 불규칙합니다. 주요 응용 분야는 금속 부품의 분말 코팅입니다.
물 분무 분말은 미세 분말을 만들 수 없기 때문에 분말 야금 분야에서 제한적으로 사용됩니다. 그러나 물 분무는 가스 분무에 비해 경제적입니다.
분무 분말의 특성
분무된 금속 분말의 특성은 금속 합금의 구성과 분무 공정 파라미터에 따라 달라집니다. 공정 파라미터를 최적화하면 원하는 특성을 가진 분말을 생산할 수 있습니다.
입자 크기 및 모양
- 가스 분무 분말은 물 분무 분말(100 &8211; 500 μm)에 비해 입자 크기가 5 &8211; 150 μm로 더 작습니다.
- 물로 분무된 입자는 불규칙한 모양을 가지고 있는 반면 기체로 분무된 분말은 보다 구형의 형태를 가지고 있습니다.
- 입자 크기 분포는 중요한 파라미터입니다. 금속 적층 제조와 같은 응용 분야에서는 좁은 분포가 선호됩니다.
순도
- 제어된 분위기에서 가스 분무가 이루어지면 분말에 합금 화학 성분이 유지됩니다.
- 물로 분무된 분말은 산소 흡수로 인한 오염이 있을 수 있습니다.
- 미세 분말은 표면적이 넓어 공기 중에 취급하면 쉽게 산화될 수 있습니다. 산화를 방지하기 위해 패시베이션 처리가 사용됩니다.
밀도
- 분무 중에 빠르게 응고되어 미세 구조가 정제됩니다. 분말 입자의 다공성이 낮습니다.
- 가스 분무 분말은 물 분무 분말보다 밀도가 높습니다.
- 원자화된 분말의 닫힌 다공성은 압축 시 압축성을 향상시킵니다.
흐름성
- 불규칙한 입자 모양과 넓은 크기 분포로 인해 물 분무 분말의 흐름이 원활하지 않습니다.
- 가스 분무로 생산된 미세한 구형 분말은 유동성이 우수합니다.
비용
- 가스 분무 분말은 물 분무 분말보다 10배 더 비쌉니다.
- 비용은 구성에 따라 달라집니다. 즉, 티타늄과 같은 반응성 합금은 더 비쌉니다.
- 분말이 미세할수록 비용도 높아집니다. 매우 미세한 분말의 경우 비용이 기하급수적으로 증가합니다.
분무 금속 분말의 응용 분야
분무 분말의 고유한 특성 덕분에 제조 산업 전반에서 사용할 수 있게 되었습니다.
분말 야금
분무화된 분말을 압축하고 소결하여 베어링, 기어, 자석 등과 같은 정밀 부품을 생산합니다. 중요한 요구 사항은 다음과 같습니다:
- 고밀도 및 균일한 압축을 위한 구형 및 좁은 크기 분포
- 소결 밀도를 높이기 위한 미세 분말(&100μm)
- 소결 후 다공성을 최소화하는 낮은 산소 함량
금속 적층 제조
3D 프린팅이라고도 하는 이 기술은 분무 분말의 가장 빠르게 성장하는 응용 분야 중 하나입니다. 주요 재료 요구 사항:
- 우수한 유동성을 위한 구형 분말 형태
- 정밀도와 표면 마감을 위한 15~45μm의 입자 크기
- 균일한 층 증착 및 밀도를 위한 좁은 크기 분포
- 우수한 기계적 특성을 위한 낮은 산소 함량
티타늄과 니켈 초합금은 일반적으로 사용되는 합금입니다.
용사 코팅
플라즈마 스프레이, 화염 스프레이 등과 같은 열 스프레이 공정에서는 분무된 분말을 가열하여 녹인 후 부품 표면에 분사합니다. 코팅은 내마모성과 내식성을 제공합니다. 파우더 특성:
- 스프레이 기술에 적합한 입자 크기 범위(10 &8211; 100 μm)
- 낮은 산소 함량으로 코팅 밀도 및 결합 강도 향상
- 비용이 중요하므로 일반적으로 물 분무 분말을 사용합니다.
금속 사출 성형(MIM)
MIM은 플라스틱 사출 성형과 분말 야금의 장점을 결합하여 작고 복잡한 금속 부품을 생산합니다. 공급 원료 준비에는 미세 금속 분말과 바인더를 혼합하는 과정이 포함됩니다. 요구 사항:
- 바인더와의 균일한 혼합을 위한 20μm 미만의 입자 크기
- 성형 시 흐름 개선을 위한 구형 형태
- 좁은 크기 분포
분무 기술의 발전
지속적인 연구를 통해 맞춤형 특성과 새로운 합금을 가진 분말을 생산할 수 있는 분무 기술이 개발되었습니다. 몇 가지 주요 트렌드는 다음과 같습니다:
- 다양한 가스 노즐 구성으로 더 미세한 분무 분말 생산
- 티타늄, 알루미늄과 같은 반응성 합금에 밀착 결합 분무 사용
- 가스 분무와 물 분무를 결합한 하이브리드 분무
- 물 분무 시 산화를 제어하여 분말 특성 개선
- 원심 분무, 초음파 분무 기술을 이용한 분무화
- 원자화 공정 최적화를 위한 액적 응고 컴퓨터 시뮬레이션
새로운 경량 및 고강도 합금의 개발로 분무 분말의 적용 분야도 확대되었습니다.
결론
금속 분무 기술은 고급 분말 기반 제조 공정에 적합한 미세하고 정밀한 형태의 금속 분말을 생산합니다. 분말 특성을 제어할 수 있는 분무 분말은 자동차, 항공우주, 생의학 및 기타 산업 전반에서 고성능 부품에 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 지속적인 발전을 통해 원자화된 분말을 사용한 맞춤형 소재의 제조가 가능해질 것입니다.
자주 묻는 질문
금속 분무에 사용되는 다양한 방법에는 어떤 것이 있나요?
두 가지 주요 방법은 가스 분무와 물 분무입니다. 가스 분무에서는 용융 금속이 질소나 아르곤과 같은 불활성 가스의 고속 분사에 의해 미세한 방울로 분해됩니다. 물 분무에서는 물 분사가 노즐 팁에서 나오는 용융 금속 흐름에 영향을 줍니다.
어떤 종류의 금속을 원자화할 수 있나요?
알루미늄, 구리, 철, 니켈 등을 기반으로 하는 대부분의 합금은 쉽게 분무할 수 있습니다. 티타늄 및 마그네슘과 같은 반응성 합금도 가스 분무 장치에서 제어된 대기를 사용하여 분무할 수 있습니다. 알루미늄 합금, 스테인리스강, 니켈 초합금, 티타늄 합금이 그 예입니다.
분무 금속 분말의 주요 응용 분야는 무엇인가요?
주요 응용 분야로는 분말 야금 부품 제조, 3D 프린팅을 사용한 금속 적층 제조, 용사 코팅, 소형 정밀 부품의 금속 사출 성형, 분말 단조, 금속 플레이크 및 페이스트 생산 등이 있습니다.
가스 분무는 물 분무에 비해 어떻게 더 미세한 분말을 생산하나요?
가스 분무에서 고속 가스 제트는 금속 스트림을 약 5~50마이크론의 매우 미세한 방울로 분해하기에 충분한 운동량을 가지고 있습니다. 또한 가스 분무의 빠른 냉각 속도로 인해 더 미세한 방울로 쉽게 분해할 수 있습니다. 물 분무에서는 워터 제트 속도가 더 낮아 100마이크론 이상의 거친 분말이 생성됩니다.
가스 분무 분말과 물 분무 분말의 일반적인 비용 차이는 무엇인가요?
가스 분무 분말은 물 분무 분말보다 약 10배 더 비쌉니다. 가스 분무는 장비에 매우 높은 자본 투자가 필요하고 가스 소비로 인해 운영 비용이 높기 때문입니다. 이에 비해 물 분무 장치는 설치 및 운영 비용이 저렴합니다.