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고상소결 WC-Co합금의 밀도 향상

전문가 제언: ○ 텅스텐 카바이드와 코발트(WC-Co)계 초경합금을 제조하는 공정은 WC와 Co분말을 혼합하여 성형한 다음 소결하여 초경합금을 제조한다. 제조법은 액상소결법과 고상소결법이 있는데 현재는 대부분 액상소결법을 사용하고 있다.

○ 우리나라의 초경합금 제조회사는 일부는 산화텅스텐을 수입하여 환원, 탄화하여 WC분말을 제조하여 사용하거나 수입하여 사용하기도 한다. 모든 회사는 액상소결법을 사용하여 1,400℃ 이상에서 소결한다.

○ 소결 시에 WC 조대입자와 미세입자가 혼합된 분말을 소결할 경우에는 WC분말의 성장 속도 차이로 인해서 결함이 종종 발생하는 한 원인이 된다. 일반적으로 사용하는 분말은 약 2㎛이며 실제로 0.2~5㎛ 범위의 분말이 사용되고 있다. 소결과정에서 극히 미세한 분말은 성장속도가 빠르기 때문에 VC, Cr3C2 등을 첨가하여 성장을 지연시켜주는 것이 좋다. 만일 분말이 너무 미세할 경우에는 억제제 효과가 없는 경우도 있으므로 미리 입도분석을 하여 예비 실험하여 결정하는 것이 좋다.

○ 이제는 한국에서도 새로운 방법을 찾아야 할 시기가 왔다고 본다. 그래서 고상소결 특징을 설명한다. 고상소결에서 밀도를 최대로 높이고 치밀하게 하는 온도는 1,200±30℃이고 WC에 결합제(Binder)로 사용하는 Co의 혼합비율과 WC분말의 크기에 관계없이 어떠한 혼합물을 소결하여도 1,200℃에서 최대밀도를 나타내는 효과를 보았다. 불균일한 입자의 소결을 위하여 미세입자 성장억제제(VC, TiC, Cr3C2 질화물 등)를 연구할 필요가 있다.

○ 나노미터결정입자의 소결에 주목하여, 분사법으로 제조한 30㎚ WC와 강력 마광법으로 300시간 정도 밀링 하여 제조한 5㎚ WC원료와 Co분말 15%를 혼합하여 1,200℃에서 고상소결 한 결과 밀도가 높고 매우 치밀한 초경합금을 얻을 수가 있었다. 한국에서 이 방법을 사용하려면 우선 WC를 나노미터단위의 입자로 밀링 하는 장치나 기술 개발에 관하여 연구하여야 할 것이다.

저자: Laptev, AV; AF Laptev, A. V.
자료유형: 학술정보