개요
인바 파우더 은 열팽창 계수가 매우 낮은 철과 니켈의 비율로 구성된 니켈-철 합금 분말입니다. '인바'라는 이름은 '불변'이라는 단어에서 유래한 것으로, 안정적인 치수와 열팽창 및 수축에 대한 저항성을 나타냅니다.
인바 파우더는 다양한 온도 범위에서 정밀도와 정확성이 요구되는 응용 분야에서 중요한 재료로 자리 잡았습니다. 인바 파우더는 고유한 특성 덕분에 광학, 전자, 구조 및 기타 부품 치수와 이격 공차 유지가 중요한 응용 분야에 사용할 수 있습니다.
이 가이드에서는 인바 파우더의 구성, 주요 특성, 생산 방법, 용도, 사양 및 기타 기술 데이터를 포함한 인바 파우더에 대한 자세한 개요를 제공합니다. 인바 합금과 다른 저팽창 합금을 비교합니다. 공급업체 정보, 안전 취급 절차, 테스트 표준 및 FAQ 섹션도 포함되어 있습니다.
인바 파우더 구성
인바 파우더는 니켈 함량이 36~38%이며, 나머지는 철분입니다. 망간, 실리콘, 탄소와 같은 다른 합금 원소도 소량 함유되어 있을 수 있습니다.
이 범위 내의 정확한 니켈 함량은 용도에 따라 원하는 열팽창 계수에 따라 조정됩니다. 니켈 비율이 높을수록 열팽창 계수가 낮아집니다.
표 1: 인바 파우더의 일반적인 구성
| 구성 요소 | 무게 % |
|---|---|
| 니켈(Ni) | 36 – 38% |
| 철(Fe) | 잔액 |
| 망간(Mn) | 0 – 0.5% |
| 실리콘(Si) | 0 – 0.5% |
| 탄소(C) | 0 – 0.1% |
철과 니켈의 비율은 온도 변화에 따른 부피 변화를 최소화하는 오스테나이트 표면 중심의 입방 결정 구조를 생성합니다.
이 독특한 행동은 합금의 물리적 특성에 대한 니켈과 철의 상반된 영향에서 비롯됩니다. 철은 양의 열팽창 계수를 갖는 반면 니켈은 음의 계수를 갖습니다. 니켈 함량이 약 36%인 경우 이러한 효과가 서로 상쇄되어 순 열팽창이 매우 낮아집니다.
인바 파우더 속성
인바 파우더의 가장 큰 특징은 낮은 열팽창계수(CTE)입니다. CTE는 온도 변화 1도당 팽창 또는 수축 정도를 측정합니다.
인바 파우더의 CTE의 일반적인 값은 20°C에서 ~1.2 x 10-6/°C에서 100-300°C 사이에서 ~1.8 x 10-6/°C 범위입니다. 이는 대부분의 다른 금속보다 현저히 낮은 수치입니다.
비교를 위해 알루미늄의 CTE는 ~24 x 10-6/°C이고 스테인리스 스틸은 ~17 x 10-6/°C입니다. 따라서 인바는 넓은 온도 범위에서 치수 안정성이 매우 높습니다.
표 2: Invar 파우더의 주요 속성
| 속성 | 값 |
|---|---|
| 열팽창 계수 | 1.2 – 1.8 x 10-6/°C |
| 밀도 | 8.0 – 8.2 g/cc |
| 비열 | 450 J/kg-K |
| 열 전도성 | 10 &8211; 30 W/m-K |
| 전기 저항 | 70 – 80 μΩ-cm |
| 영의 계수 | 140 &8211; 145 GPa |
| 물고기 비율 | 0.294 – 0.305 |
| 인장 강도 | 200 &8211; 240 MPa |
| 녹는점 | 1420 – 1450°C |
인바 파우더는 열 안정성 외에도 다음과 같은 이점을 제공합니다:
- 높은 강도와 강성
- 뛰어난 내식성
- 우수한 전기 및 열 전도성
- 산화 및 노화에 대한 내성
- 용접 및 납땜의 용이성
- 정밀 가공을 위한 기능
이러한 특성의 조합으로 인바 파우더는 까다로운 작업 환경에서도 우수한 성능을 발휘합니다. 부품은 온도 변화에도 정확성을 유지하고 하중을 받아도 변형되지 않습니다.
인바 파우더 생산
인바 파우더는 합금을 녹이고 용융된 스트림을 미세한 물방울로 분해하는 가스 분무 공정을 통해 생산됩니다. 고압 가스 제트가 금속 스트림을 타격하여 구형 분말 입자로 분해합니다.
입자 크기 분포는 가스 유량, 노즐 설계 및 기타 매개 변수를 통해 제어됩니다. 가스 분무 인바 파우더의 입자 크기는 일반적으로 10~150미크론입니다. 더 미세하게 분무하면 미크론 이하의 분말을 생산할 수 있습니다.
물 분무는 일반적으로 입자 크기가 더 큰 인바 파우더를 만드는 데 사용되는 또 다른 방법입니다. 용융된 합금 스트림은 고압의 물 분사로 산산이 부서집니다.
기체 분무 분말은 물 분무에 비해 표면 형태가 매끄럽고 더 나은 유동 특성을 나타냅니다.
응고 후 인바 분말은 체질을 거쳐 원하는 입자 크기 분획을 얻습니다. 또한 가공으로 인한 응력을 완화하고 특성을 최적화하기 위해 어닐링할 수도 있습니다.
인바 파우더의 활용
인바 파우더의 적용 분야는 매우 낮고 예측 가능한 열팽창 계수를 활용합니다. 온도 변화에 따른 부품 치수, 이격 공차, 정렬 및 정밀도를 유지하는 것이 중요한 경우에 사용됩니다.
표 3: Invar 파우더의 적용 분야
| 산업 | 애플리케이션 |
|---|---|
| 광학 | 미러 블랭크, 반사판, 마운트, 광학 벤치 |
| 전자 제품 | 정밀 저항기, 기판, 씰, 커넥터 |
| 방어 | 사격 제어 기기, 관성 유도 시스템 |
| 항공우주 | 안테나, 복합 매트릭스, 위성 및 망원경 구성 요소 |
| 에너지 | 연료 전지, 배터리, 고온 개스킷용 씰 |
| 자동차 | 산소 센서, 연료 분사 시스템 |
일부 특정 애플리케이션에는 다음이 포함됩니다:
- 온도 변화에 따라 이미지 안정성을 유지해야 하는 망원경, 현미경, 레이저, 리소그래피 및 광학 계측 장비용 미러 블랭크입니다.
- 열팽창과 수축에 영향을 받지 않는 엄격한 저항 오차가 필요한 정밀 저항기. 인바의 TCR(온도 저항 계수)은 매우 낮습니다.
- 온도 순환으로 미크론 수준의 정렬 정확도를 유지해야 하는 마이크로전자 및 광전자용 씰, 커넥터, 패키지 및 기판.
- 넓은 작동 온도 범위에서 하드웨어가 최소한의 팽창과 수축을 통해 치수 교정이 이루어지는 고정밀 기기 및 계측 도구.
- 안테나와 반사판 접시는 고온 및 저온 궤도 주기를 통해 적절한 전자기 빔을 형성하고 전송하기 위해 정밀한 형태를 유지해야 합니다.
- 스페이스 미러 및 강성이 필요한 구조물을 위한 복합 매트릭스 보강재와 일치하는 CTE가 결합되어 있습니다.
- 정렬과 기능을 유지해야 하는 동시에 극한의 온도를 경험하는 위성 탑재체 및 우주선 시스템을 위한 정밀 부품 및 어셈블리입니다.
이러한 애플리케이션과 기타 까다로운 애플리케이션에서 인바의 탁월한 열 치수 안정성은 설계 견고성을 제공하고 중요한 성능 파라미터가 온도 변화의 영향을 받지 않도록 보장합니다.
인바 파우더 사양
인바 파우더는 다양한 제조 공정과 최종 사용 요건에 맞춰 다양한 크기 범위, 순도, 합금 등급으로 제공됩니다.
표 4: 인바 파우더 크기 사양
| 메시 크기 | 미크론 크기 |
|---|---|
| -140 | 106μm 미만 |
| -100 | 150 μm |
| -325 | 45μm 미만 |
| -400 | 38 μm |
| -635 | 20μm |
| -10μm | 10μm |
| -2.5 μm | 2.5μm |
더 미세한 인바 파우더는 유동성과 패킹 밀도가 필요한 적층 제조 방식에 적합합니다. 더 거친 파우더는 기존의 프레스 및 소결 제조에 적합합니다.
화학적 순도 수준은 산업용 등급의 경우 99%에서 고성능 애플리케이션의 경우 99.9% 이상입니다. 산소 함량은 50ppm 미만으로 유지해야 합니다.
36~38%의 다양한 니켈이 포함된 맞춤형 합금은 ~0.9 x 10-6/°C ~ ~2 x 10-6/°C의 CTE를 생성합니다. Mn, Si, C도 조정할 수 있습니다.
표 5: 인바 파우더 합금 등급
| 합금 등급 | 니켈 % | CTE x 10-6/°C |
|---|---|---|
| Invar 36 | 36% | ~1.2 |
| Nilo 36® | 36% | ~1.2 |
| Pernifer 36® | 36% | ~1.2 |
| Invar 38® | 38% | ~0.9 |
화학 성분에 대한 국제 표준은 다음과 같습니다:
- ASTM F3061 &8211; 정밀 유리 대 금속 씰을 위한 저팽창 니켈-철 합금
- DIN 1.3912 &8211; 씰 및 정밀 기기 부품용 저팽창 합금
인바 파우더 공급업체
Invar 파우더는 특수 금속 분말의 주요 글로벌 공급업체에서 구매할 수 있습니다. 일반적인 가격은 합금 등급, 분말 크기 및 주문 수량에 따라 $50/kg에서 $120/kg 사이입니다.
표 6: 인바 파우더 공급업체
| 공급업체 | 제품 등급 |
|---|---|
| 샌드빅 | 오스프리® 인바 파우더 |
| 호가나스 | 아스탈로이® 인바 |
| Kymera | 인바 36, 인바 38 |
| CNPC | 인바 합금 분말 |
| Epson Atmix | 인바 미세 분말 |
취급 및 안전
인바 파우더는 건강에 심각한 위험을 초래하지 않습니다. 하지만 금속 분말을 취급하고 작업할 때는 표준 안전 예방 조치를 따라야 합니다.
- 보호 장갑, 안경, 방진 마스크 사용
- 분말을 피부에 접촉하거나 흡입하지 마세요.
- 적절한 환기 및 먼지 수집 보장
- 분말 가루는 가연성일 수 있으므로 점화원에서 멀리 떨어진 곳에 보관하세요.
인바 파우더는 밀폐된 용기에 담아 깨끗하고 건조한 환경에 보관해야 합니다. 습기로 인해 산화되거나 오염될 수 있는 환경을 피하세요.
검사 및 테스트 방법
인바 파우더가 사양을 충족하는지 확인하기 위해 다양한 테스트 및 검사 절차가 사용됩니다:
- 화학 성분 유도 결합 플라즈마 질량 분석법(ICP-MS), 광학 방출 분광법(OES) 및 연소 분석을 통해 Ni, Fe 및 기타 합금 원소를 결정합니다.
- 입자 크기 분포 – 레이저 회절 입자 크기 분석기는 분말 크기 범위를 측정합니다. 체 분석은 입자를 크기 분획으로 분리합니다.
- 마이크로 구조 – 에너지 분산형 X-선 분광법(SEM-EDS)을 사용한 주사 전자 현미경으로 분말 형태, 내부 구조 및 존재하는 위상을 확인할 수 있습니다.
- 밀도 가스 또는 물 피크노메트리는 분말 밀도를 측정하고 이론 밀도와 비교합니다.
- 결정 구조 X선 회절(XRD)을 통해 면 중심의 입방상 및 격자 매개변수를 확인합니다.
- 파우더 흐름 홀 유량계 깔때기는 유량, 휴식 각도 및 기타 분말 특성을 결정합니다.
- 열팽창 팽창도 측정은 치수 변화 테스트를 통해 다양한 온도 범위에서 CTE를 측정합니다.
- 기타 테스트 &8211; 파우더 베드 밀도, 홀 유량, 수분 분석, 산소 및 질소 함량, 탭 밀도, 미생물학적 테스트는 애플리케이션 사양에 따라 수행됩니다.
평판이 좋은 공급업체의 분석 인증서를 통해 인바 파우더가 필수 등급 기준을 충족함을 확인할 수 있습니다.
인바 대 다른 저팽창 합금
인바는 일반적인 합금 중 CTE가 가장 낮지만, 열팽창이 매우 낮도록 설계된 다른 니켈 및 철-니켈 합금도 있습니다.
표 7: 저 CTE 합금 분말의 비교
| 합금 | CTE x 10-6/°C | 구성 | 참고 |
|---|---|---|---|
| Invar 36 | ~1.2 | 36% Ni, 균형 Fe | 최저 CTE, 고강도 |
| Invar 38 | ~0.9 | 38% Ni, 균형 Fe | Invar 36보다 낮은 CTE |
| Kovar | ~5.9 | 29% Ni, 17% Co, bal. Fe | Invar와 강철 사이의 CTE |
| 합금 45 | ~5 | 45% Ni, bal. Fe | 인바보다 저렴 |
| 합금 46 | ~2 | 46% Ni, bal. Fe | 인바에 가까운 CTE |
| 슈퍼 인바 | ~0.4 | 32% Ni, bal. Fe + Co 첨가 | 매우 낮은 CTE |
Invar와 다른 낮은 CTE 합금의 장단점
표 8: 장단점 비교
| 합금 | 장점 | 단점 |
|---|---|---|
| Invar | 매우 낮고 안정적인 CTE | 다른 합금보다 비싸다 |
| 뛰어난 강도 | Al 또는 폴리머보다 높은 밀도 | |
| 우수한 내식성 | ||
| Kovar | 인바보다 저렴한 비용 | 인바보다 높은 CTE |
| 손쉬운 가공 및 성형 | 열 안정성이 떨어짐 | |
| 붕규산 유리 씰 | ||
| 합금 45 | 인바보다 저렴 | 인바보다 낮은 성능 |
| 다양한 용도로 활용 가능한 CTE | ||
| 합금 46 | 합금 45보다 낮은 CTE | 인바보다 여전히 높은 CTE |
| 좋은 속성 조합 | ||
| 슈퍼 인바 | 매우 낮은 CTE | 소싱하기 더 어려워짐 |
| 뛰어난 열 안정성 | 더 높은 비용 |
온도 변화에 따른 치수 안정성을 극대화해야 하는 가장 까다로운 애플리케이션의 경우, 인바의 매우 낮고 예측 가능성이 높은 CTE는 타의 추종을 불허합니다.
비용이 더 큰 요소이지만 열 성능은 여전히 우수해야 하는 경우, Kovar 및 Alloy 45와 같은 저니켈 합금은 팽창 특성을 타협하면서 경제적인 대안을 제시합니다.
자주 묻는 질문
인바 파우더는 무엇으로 만들어지나요?
인바 파우더는 주로 36-38%의 니켈로 구성되어 있으며 나머지는 철분입니다. 소량의 망간, 규소, 탄소도 함유되어 있을 수 있습니다. 이러한 구성으로 인해 열팽창 계수가 매우 낮습니다.
인바 파우더는 어떻게 생산되나요?
고압 가스 분사를 사용하여 합금을 녹여 미세한 구형 입자로 분해하는 가스 분무 방식으로 제조됩니다. 이를 통해 분말 크기 분포와 형태를 엄격하게 제어할 수 있습니다.
인바 파우더는 어떤 용도로 사용되나요?
온도 변화에 따라 치수 안정성과 정밀 공차를 유지해야 하는 애플리케이션에 사용됩니다. 일반적으로 광학, 전자, 항공우주 부품, 정밀 기기, 씰, 기판 등에 사용됩니다.
인바 파우더의 주요 특성은 무엇인가요?
- 1.2 – 1.8 x10-6/°C의 열팽창 계수
- 높은 강도와 강성
- 내식성
- 우수한 전도성 및 용접성
- 넓은 온도 범위에서 안정적
인바 파우더에는 어떤 기준이 적용되나요?
ASTM F3061 및 DIN 1.3912는 씰 및 정밀 애플리케이션에 사용되는 36% 니켈 저팽창 인바 합금의 화학 성분을 다룹니다.
인바 파우더는 다른 저팽창 합금과 비교했을 때 어떤 차이가 있나요?
Invar는 일반적인 합금 중 CTE가 가장 낮습니다. 코바르와 합금 46은 더 저렴한 대체재를 제공하지만 열 안정성이 다소 떨어집니다. 슈퍼 인바는 CTE가 매우 낮지만 더 비싸고 사용 가능한 양이 적습니다.
어떤 입자 크기와 등급을 사용할 수 있나요?
Invar 파우더는 10~150미크론의 크기 범위로 공급할 수 있습니다. 일반적인 니켈 함량은 36%(Invar 36)와 38%(Invar 38)입니다. 니켈 함량이 높을수록 팽창이 적습니다. 맞춤형 합금도 생산됩니다.
인바 파우더는 어떻게 취급하고 보관해야 하나요?