우리나라 분말야금의 발전현황

세계 분말야금 기술현황

세계 분말야금 산업 개요

2003년 전 세계 분말야금 총 화물량은 약 88만톤이었으며, 이 중 미국은 국가는 51%, 유럽 18%, 일본 13%, 기타 국가 및 지역 18%를 차지했습니다. 철분은 전체 분말의 90% 이상을 차지합니다. 세계 철분말 시장은 2001년 이후 지속적으로 성장해 4년 만에 20% 가까이 성장했다.

자동차 산업은 여전히 ​​분말야금 산업 발전의 가장 큰 원동력이자 최대 사용자이다. 한편, 자동차 생산량은 지속적으로 증가하고 있는 한편, 자동차 한 대에 사용되는 분말야금 부품의 양도 증가하고 있습니다. 북미는 차량당 평균 분말야금 부품 소비량이 19.5kg으로 가장 높고, 유럽은 평균 9kg, 일본은 평균 8kg입니다. 자동차 산업의 급속한 발전으로 인해 중국은 분말 야금 부품에 대한 거대한 시장 전망을 갖고 있으며 많은 국제 분말 야금 회사의 초점이 되었습니다.

분말야금 철 기반 부품은 주로 자동차의 엔진, 변속기 시스템, ABS 시스템, 점화 장치 등에 사용됩니다. 자동차 개발의 두 가지 주요 추세는 에너지 소비 감소와 환경 보호입니다. 주요 기술적 수단은 고급 엔진 시스템의 사용과 경량화입니다.

유럽의 자동차 배기 필터는 분말 야금 다공성 재료에 대한 큰 시장을 제공합니다. 현재 엔진 작동 조건에서 분말 야금 금속 다공성 재료는 세라믹 재료보다 성능이 뛰어나고 비용 이점이 있습니다.

공구 재료는 분말 야금 산업의 또 다른 중요한 제품이며, 그 중 초경합금이 특히 중요합니다. 현재 제조업의 발전은 민첩성(Agility), 적응성(Adaptivity), 예측가능성(Anticipativity)이라는 3A 방향으로 나아가고 있습니다. 이를 위해서는 가공 도구 자체가 더 날카롭고 더 견고해야 하며 가공 재료의 범위가 Luhe, 마그네슘 합금, 티타늄 합금 및 세라믹을 포함하도록 확장되어야 합니다. 건식 가공의 비율을 높여 충격을 최소화합니다. 이러한 새로운 요구 사항은 분말 야금 도구 재료의 개발을 가속화합니다. 초경합금 입자(<200nm= 및 초조대 입자(>6um)), 코팅 기술이 빠르게 발전하고 있으며 CVD, PVD 및 PCVD 기술이 점점 완벽해지고 있으며 일반적으로 사용되는 CVDTiCN/Al2O3부터 코팅 유형도 다양합니다. /TiN에서 CVD PCBN(다결정 입방체 BN) 및 PVD TiAIN, Al2O3, cBN(입방체 BN) 및 SiMAlON 등을 처리 상황의 요구에 맞게 제공합니다.

정보 산업의 발전도 제공됩니다. 분말 야금 산업의 새로운 기회. 일본 전자 산업에 사용되는 분말 야금 제품은 연간 4.3달러에 달하며 그 중 방열판 재료가 23%를 차지하고 전자가 주로 30%를 차지합니다. Si/SiC, Cu-Mo 및 Cu-W, Al-SiC, AlN 및 Cu/diamond 재료와 같은 방열 재료가 포함되며, 후자에는 주로 텅스텐 및 몰리브덴 재료가 포함됩니다.

분말 사출 성형

분말사출성형은 여전히 ​​핫스팟 중 하나이다. 니켈계 고온합금, 티타늄합금, 니오브재료에 대한 성능요건이 그다지 까다롭지 않았으며, 그 적용분야도 구조재료에서 히트싱크재료, 자성재료, 형상기억합금 등 기능성 재료로 발전하고 있다. 재료 구조는 단일 균일 구조에서 복합 구조로 발전하고 있습니다. 금속 가공 사출 성형 기술은 여러 가지 부품의 동시 성형을 실현할 수 있으므로 샌드위치 형태의 복합 구조를 얻을 수 있습니다. 강철 및 17-4PH 합금은 기계적 특성의 지속적인 조정을 달성할 수 있습니다. 분말 사출 성형의 중요한 개발 방향은 전자 정보, 미세 화학, 의료 장비와 같은 마이크로 시스템 기술과 밀접한 관련이 있습니다. 등의 장치는 지속적으로 소형화되고 기능은 더욱 복잡해지고 있으며, 미세사출 기술은 구현 가능성을 제공합니다. 기본 공정은 기존 사출 성형과 동일하지만 미세 사출 성형 기술을 사용하여 원료 분말 입자 크기가 10um의 표면 미세 구조 정확도를 갖춘 미세 유체 장치, 크기가 350um에서 900um에 이르는 스테인레스 스틸 부품입니다. 다양한 재료 구성과 복합 구조의 완벽한 소결 또는 완벽한 연결을 달성하고 자성/비자성, 도체/비도체 마이크로 복합 부품을 얻습니다.

분말 준비 기술

분말 미립화. 분말은 액상에서 금속 방울의 시간을 연장할 수 있어 분말이 2차 분쇄(분무)될 수 있으므로 분무 효율이 크게 향상되고 생성된 분말의 입자 크기가 더 미세해집니다. ASL컴퍼니의 연구 결과에 따르면 가스 온도를 330°C로 높이면 동일한 입자 크기의 분말을 제조할 수 있으며, 경제성 분석 및 엔지니어링 문제 연구를 통해 이 기술이 완벽하게 구현되는 것으로 나타났습니다. 실현 가능하며 분말 분무 기술을 크게 향상시켰습니다. 예를 들어, 새로운 유형의 자유 나체 가스 원자화를 사용하면 탄화물이 더욱 균일하게 분포되고 입자 결함이 적은 미세한 공구강 분말을 생산할 수 있습니다.

American Herglass Company는 전기로(EAF) 기술, 아르곤 산소 탈탄 기술(ADO), 고성능 원자화 기술 및 수소 어닐링 기술을 통합하여 분말 생산에 첨단 제강 기술을 적용하여 분말 생산 ​​품질을 크게 향상시킵니다. 분말 치밀도와 강도가 향상되었습니다. 활성 분말 원자화 측면에서는 제련 공정 중 용융물과 도가니 사이의 반응을 줄이기 위해 독일에서는 EIGA(전극 유도 용융 가스 원자화) 기술을 개발하여 활성이 높은 티타늄, 지르코늄 및 TiAl 금속간 화합물을 제조할 수 있습니다. 분말. 기계적 합금은 여전히 ​​뜨거운 연구 주제이지만 대부분은 실험실 작업입니다. 독일 Zoz 회사는 자체 고에너지 볼 밀링 장비를 사용하여 아크 용해로의 슬래그를 분쇄한 다음 습식 야금을 통해 금속을 회수한다는 점을 언급할 가치가 있습니다. 이 기술은 환경을 개선할 뿐만 아니라 거대한 시장을 개척합니다. .

파우더 프레싱 기술

전통적인 파우더 프레싱 기술은 장비 개선과 공정 최적화에 크게 의존합니다. 몇몇 유명 프레스 제조업체에서는 더욱 정확한 정밀 제어와 높은 자동화 수준을 갖춘 새로운 모델을 출시했습니다.

분말 소결 이론 및 기술

새로운 급속 소결 기술인 마이크로파 소결은 분말강, 초경합금, 비철금속 등 금속 분말 재료에 완벽하게 적용 가능합니다. . 장비 및 기술의 성숙도나 대량 생산 능력 측면에서 큰 문제가 없기 때문에 마이크로파 소결의 산업화가 코앞으로 다가왔습니다. 주요 장애물은 제조업체의 수용과 위험입니다.

스파크 플라즈마 소결(SPS)에 대한 연구도 많이 이뤄지고 있으며, 소재 체계도 세라믹에서 금속 소재, 특히 알루미늄 합금, 마그네슘 합금 등 일부 초미립자 소재로 확대됐다. 및 자기 윤활성 철 기반 재료. 그러나 이 방법은 단일품 생산 특성상 일부 기초 연구에만 사용될 수 있습니다.

스프레이 증착은 크고 미세한 입자의 재료를 준비하는 데 매우 유리합니다. 이 기술은 초기에는 주로 알루미늄 합금과 알루미늄-실리콘 합금을 생산합니다. 제련 기술의 향상으로 스프레이 증착을 사용하여 공구강 및 고온 합금을 준비할 수 있습니다. 독일 브레멘대학교는 스프레이 증착법을 이용해 단일 질량 100kg 이상, 내경 40mm, 외경 500mm, 폭 100mm의 고온 합금링을 제조했다고 밝혔다.

최근 몇 년간 쾌속 프로토타이핑 기술이 많은 학자들의 주목을 받고 있다. 분말야금 분야에서 가장 널리 사용되는 방법은 직접 금속 레이저 소결이다. 현재 이 기술은 강철분말과 티타늄합금분말에 사용되고 있다. 금속 쾌속 프로토타이핑의 또 다른 방법은 3D 프린팅입니다. 이 방법은 다양한 구조적 요구에 따라 다양한 조성을 갖는 다양한 합금의 3차원 마이크로 적층에 매우 편리합니다. 아직 개념 단계에 있습니다. 하지만 이 기술은 금속+바인더로 구성된 일부 구조와 그래디언트 기능성 소재를 준비하는 데 사용되었습니다.

금속분말 다공성재료

금속분말 다공성재료는 경량구조재, 고온여과장치, 분리막 등 널리 사용되고 있다. 현재 가장 큰 시장은 디젤 엔진용 그을음 필터 장치일 것입니다. 독일 프라운호퍼 연구소는 고분자 매트릭스에 금속 분말 슬러리를 코팅한 뒤, 고분자 매트릭스와 바인더를 벗겨내고 최종적으로 중공 구조를 지닌 다양한 금속구로 소결하는 금속 중공구 제조 기술을 개발했다. 구의 직경은 1mm에서 8mm까지 다양합니다. 준비된 강철 중공 구체의 밀도는 0.3g/cm3에 불과합니다.

초경합금

나노 결정과 구배 구조는 초경합금의 두 가지 핵심 방향입니다. 나노결정질 재료에는 입자 성장 제어 및 나노분말 준비가 포함됩니다. 구배 구조 합금 측면에는 공정과 구조 간의 관계가 포함됩니다. 나노결정과 구배 구조를 결합하는 것은 보다 미세한 수준에서 조정 가능한 특성을 달성하는 데 좋은 방향이 될 수 있습니다. 초경은 경도가 높고 가공성이 좋지 않아 복잡한 형상의 중소형 부품을 제조하기 위해 사출 성형을 사용하는 것이 발전 추세이지만 아직 기술 성숙도에 따라 상용화가 통제되고 있습니다. 초경합금에 대한 Tianjia 연구의 다른 측면에는 희토류 및 합금 원소의 특성화, 파괴 인성 및 신뢰성이 포함됩니다.

분말 경금속 합금

자동차 경량화는 알루미늄, 마그네슘, 티타늄과 같은 경금속 소재에 대한 광범위한 응용 가능성을 제공합니다. 분말 알루미늄 합금은 자동차의 많은 부품에 사용될 수 있지만 Al-Si 합금은 높은 비강도, 높은 비강성, 낮은 열팽창 계수 및 우수한 내마모성으로 인해 오일 펌프 기어에 가장 먼저 널리 사용될 수 있습니다. 산업화 관점에서 보면 분말야금 알루미늄 합금의 제조 공정에 대한 최적화 연구가 더 중요합니다. 알루미늄 합금의 또 다른 연구 핫스팟은 전통적인 Al/SiC, Al/C, Al/BN, Al/Ti(C, N) 및 새로운 탄소 나노튜브 강화 알루미늄 합금을 포함한 복합 재료입니다. 고강도 분말 알루미늄 합금은 급속 응고 기술과 밀접한 관련이 있습니다. 조성설계를 통해 순수 알루미늄 매트릭스에 금속간 화합물을 첨가하여 부품을 형성하고, 고강도, 고인성, 고열안정성을 갖춘 알루미늄 합금을 제조할 수 있습니다. 이 재료의 상온 강도는 600Mpa 이상이고 신장률은 10%를 초과하며 400°C에서 우수한 열 안정성을 가지며 피로 한계는 단조 알루미늄 합금의 두 배입니다.

마그네슘 합금의 밀도는 더 작고 응용 전망은 더 좋을 수 있지만 아직 연구 중입니다. 급속 응고법은 고성능 분말 마그네슘 합금을 제조하는 중요한 수단이기도 합니다. 현재 이 기술은 안전성 측면에서 큰 문제가 없으며, 생산되는 재료의 특성은 주조 합금의 특성보다 훨씬 높습니다.

티타늄 합금을 자동차에 적용하는 것은 주로 비용 문제이며, 분말형 티타늄 합금의 주요 장애물은 고성능 및 저가형 티타늄 분말입니다.

영국의 QinetiQ Ltd는 티타늄 분말을 대량 생산하기 위해 매장 내 탈산소 기술(EDO)을 개발했습니다. 이 기술은 티타늄 스펀지를 원료로 사용하는 전통적인 수소탈수소화 공정과는 완전히 다릅니다. TiO2를 음극으로, 흑연을 양극으로 사용하는 용융염 전기분해와 유사한 방법으로, 전기분해 과정에서 TiO2의 양극이 양극의 탄소를 이동하여 소비하여 CO를 형성하고 음극에서 티타늄 분말이 얻어집니다. . 티타늄 분말의 산소 함량은 0.035%에서 0.4% 사이입니다. 이 기술을 사용하면 다양한 티타늄 합금 분말도 쉽게 제조할 수 있습니다. 대기와 불순물에 대한 민감성으로 인해 티타늄 합금 분말의 소결도 어려운 공정이며 일반적으로 열간 등압 성형 또는 후속 열처리가 필요합니다. 결정 형성 성분과 희토류 원소를 첨가함으로써 분말 티타늄 합금의 소결 밀도를 크게 향상시킬 수 있으며 기계적 특성도 단조 티타늄 합금 수준에 도달할 수 있습니다. 이러한 일련의 연구는 자동차 엔진의 핵심 부품에 티타늄 합금을 적용하는 것을 크게 촉진할 것입니다.

분말 부품의 후속 가공 기술

후속 가공은 분말 야금 부품의 성능에 매우 중요합니다. 소결 경화는 소결과 열처리를 통합하며, 합금 조성과 냉각 조건은 재료 특성에 큰 영향을 미칩니다. Miba는 드릴링 기술을 사용하여 부품 가공성을 평가했습니다. 고베제강은 소결강에 일반적으로 사용되는 MnS 대신 복합 산화칼슘을 첨가하여 기계적 특성을 손상시키지 않으면서 부품의 가공성을 크게 향상시킵니다. 또한, 용도가 확대됨에 따라 알루미늄 분말 및 복합재료의 절단, 다공성 재료의 와이어 절단도 주목을 받고 있습니다.

표면 경화는 분말 야금 기어를 개선하는 중요한 수단입니다. 철 기반 부품의 밀도는 7.4g/cm3에 도달할 수 있지만 치근과 접촉 표면의 밀도와 경도는 여전히 더 향상되어야 합니다. 레이디얼 압연의 사용은 현재 중요한 방법이 되었습니다. 주요 철 기반 부품 제조업체는 고성능 분말 야금 기어의 생산 및 적용에 큰 관심을 보이고 있습니다.

분말 야금 공정 시뮬레이션 및 표준화

유럽에서는 두 가지 프로그램(PM Modnet 및 PM Dienet)을 출시했는데, 먼저 철 기반 부품의 생산 공정 시뮬레이션을 목표로 한 다음 다른 소재로 확장 시스템은 지금까지 많은 성과를 거두었습니다. 영국도 7개 연구 그룹과 23개 기업을 포함한 대규모 연구 계획을 시작했으며 주로 다양한 재료 프레싱 공정의 공정 제어를 연구하고 있습니다. 따라서 분말 압축 공정의 시뮬레이션 작업은 상대적으로 치밀화 방정식 및 구성 방정식과 같은 기본 이론에 대한 작업이 적고 유한 요소법 및 기타 수치 시뮬레이션 방법의 사용이 더 많아졌습니다. 물론 프레싱 공정 시뮬레이션에는 마찰, 탈형, 금형 충전 및 소형 성능 시뮬레이션도 포함됩니다.

분말야금 공정의 동적 관찰과 제품 품질 관리는 일일 생산과 밀접한 관련이 있습니다. X-ray CT 방법을 사용하면 분말 소결 공정의 3차원 밀도, 기공률, 입자 크기 분포 및 소결 넥 성장을 쉽고 동적으로 관찰할 수 있습니다. 고온 IET를 사용하면 재료의 강성과 내부 마찰도 측정할 수 있으며, 다른 방법과 결합하면 미세 구조와 기계적 특성의 동적 진화를 쉽게 설명할 수 있습니다. 사출 블랭크의 균열은 동적 열화상 기술을 사용하여 신속하게 발견할 수 있습니다. 현재 생산 라인에서는 음향 방식이 가장 널리 사용되고 있으며, 독일의 GKN, 일본의 Nissan Motor, 스페인의 AMES 등 주요 분말 야금 회사에서 결함 제품을 신속하게 감지하거나 제품 성능을 예측하기 위해 이 비파괴 검사 기술을 사용했습니다. 그러나 이러한 정량적 분석은 다변수 통계, 이미지 분석, 물리화학적 이론, 수치 시뮬레이션 등을 포함한 체계적인 작업입니다. 다양한 분야의 작업자가 함께 작업해야 정확한 특성 분석이 가능합니다.

분말 야금 방법은 나노 구조의 MgB2 초전도 물질 및 CuNb 자석을 제조하기 위한 기계적 합금 사용과 같은 특정 특수 기능성 재료를 제조하는 데 매우 유리합니다. 분말 기능성 소재의 가장 큰 시장은 자성 소재이다. NbFeB 소재에서는 Atomized Powder를 활용하여 밀도와 성능을 향상시키는 것이 가장 중요한 방향입니다. 이러한 종류의 분말은 사출 성형에 적합하므로 중소형 특수 형상 자성 재료 부품을 제조하는 데 매우 의미가 있습니다. 연자성 복합재료(SMC)는 철분말을 복합구조로 고화시켜 만든 것으로, 전기모터에 적용되는 시장 규모가 매우 크다. 따라서 이 분야에서는 시장 및 응용 분석, 구조 설계 및 최적화, 생산 및 공정 제어, 피로 성능 등 많은 연구가 진행되고 있습니다.