분말 야금은 복잡한 모양과 정밀한 치수의 소결 부품을 생산하는 데 사용되는 다목적 제조 공정입니다.이 공정에는 일반적으로 분말 선택, 압축, 소결의 세 가지 주요 단계가 포함됩니다.하지만 금속 사출 성형(MIM), 열간 등압 프레스(HIP), 적층 제조, 스파크 플라즈마 소결(SPS)과 같은 첨단 기술이 분말 야금의 역량을 확장시켰습니다.이러한 방법을 통해 자동차, 항공우주, 절삭 공구와 같은 산업에서 복잡한 부품을 생산할 수 있습니다.방법의 선택은 강도, 경도, 치수 정확도 등 최종 제품의 원하는 특성에 따라 달라집니다.
핵심 사항을 설명합니다:
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전통적인 분말 야금(프레스 및 소결)
- 분말 선택:이 공정은 철, 니켈, 몰리브덴 또는 구리와 같은 금속 분말을 선택하는 것으로 시작되며, 종종 윤활유와 혼합하여 흐름과 다짐을 개선합니다.
- 다짐:파우더를 실온에서 금형에 압착하여 초기 강도를 가진 "녹색" 부품을 형성합니다.이 단계에서 파트의 모양과 밀도가 결정됩니다.
- 소결:녹색 부분은 금속의 녹는점 바로 아래의 온도에서 용광로에서 가열됩니다.이렇게 하면 입자가 서로 결합하여 재료가 액화되지 않고 강도와 경도가 향상됩니다.산화를 방지하기 위해 제어된 대기 조건이 종종 사용됩니다.
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금속 사출 성형(MIM)
- 분말 혼합:미세 금속 분말을 열가소성 바인더와 혼합하여 공급 원료를 만듭니다.
- 사출 성형:공급 원료를 고압으로 금형에 주입하여 녹색 부품을 형성합니다.
- 디바인딩:바인더는 열 또는 화학 공정을 통해 제거됩니다.
- 소결:부품을 소결하여 완전한 밀도와 기계적 특성을 달성합니다.MIM은 작고 복잡한 부품을 고정밀로 생산하는 데 이상적입니다.
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열간 등방성 프레스(HIP)
- 분말 압축:금속 분말을 금형에 넣고 고압과 고온을 동시에 가합니다.
- 소결:열과 압력의 조합으로 분말을 치밀화하여 다공성을 최소화한 그물 모양에 가까운 부품을 만듭니다.HIP는 우수한 기계적 특성이 요구되는 고성능 부품에 사용됩니다.
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적층 제조(3D 프린팅)
- 파우더 베드 융합:레이저 또는 전자 빔을 사용하여 금속 분말을 선택적으로 녹여 부품을 층별로 제작합니다.
- 바인더 제팅:액체 바인더를 파우더 베드에 선택적으로 증착하여 녹색 부품을 만들고 나중에 소결합니다.
- 직접 에너지 증착:금속 분말을 레이저 또는 전자 빔으로 만든 용융 풀에 공급하여 기존 부품에 재료를 수리하거나 추가할 수 있습니다.적층 제조는 복잡한 형상을 프로토타이핑하고 제작하는 데 이상적입니다.
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스파크 플라즈마 소결(SPS)
- 분말 준비:금속 분말을 흑연 주형에 넣습니다.
- 소결:펄스 전류가 가해져 플라즈마가 발생하여 분말을 빠르게 가열합니다.동시에 압력을 가하면 밀도가 빠르게 높아집니다.SPS는 낮은 온도에서 고밀도를 달성할 수 있기 때문에 세라믹 및 복합재를 비롯한 첨단 소재에 사용됩니다.
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후처리 프로세스
- 가공:소결 부품은 정밀한 치수나 표면 마감을 위해 추가 가공이 필요할 수 있습니다.세라믹과 같은 단단한 소재에는 다이아몬드 공구 또는 초음파 가공이 주로 사용됩니다.
- 조립:세라믹 부품의 경우 금속화 및 납땜을 사용하여 부품을 결합합니다.이는 전기 전도성 또는 밀폐 밀봉이 필요한 애플리케이션에서 일반적으로 사용됩니다.
- 열처리:기계적 특성을 향상시키기 위해 템퍼링 또는 케이스 경화와 같은 추가 열처리를 적용할 수 있습니다.
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소결 부품의 응용 분야
- 자동차 산업:소결 부품은 강도와 내마모성으로 인해 기어, 캠샤프트 및 밸브 시트에 널리 사용됩니다.
- 절삭 공구:소결 초경 공구는 경도와 내구성으로 유명합니다.
- 필터:소결 금속 필터는 화학 및 제약 산업과 같이 정밀한 여과가 필요한 분야에 사용됩니다.
제조업체는 이러한 방법을 이해함으로써 특정 성능 요구 사항과 비용 고려 사항을 충족하는 소결 부품 생산에 가장 적합한 기술을 선택할 수 있습니다.
요약 표:
| 메서드 | 주요 단계 | 애플리케이션 |
|---|---|---|
| 전통적인 분말 야금 | 분말 선택, 압축, 소결 | 자동차 기어, 캠샤프트, 밸브 시트 |
| 금속 사출 성형(MIM) | 분말 혼합, 사출 성형, 디바인딩, 소결 | 작고 복잡한 부품의 높은 정밀도 |
| 열간 등방성 프레스(HIP) | 고압 및 고온에서 분말 압축, 소결 | 다공성을 최소화한 고성능 구성 요소 |
| 적층 제조 | 파우더 베드 융합, 바인더 분사, 직접 에너지 증착 | 프로토타이핑, 복잡한 형상 |
| 스파크 플라즈마 소결(SPS) | 분말 준비, 펄스 전류 및 압력을 이용한 빠른 소결 | 세라믹 및 복합재와 같은 고급 재료 |
| 후처리 프로세스 | 가공, 조립, 열처리 | 기계적 특성 및 표면 마감 향상 |
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