분말의 산소 함량 제어 방법 document_id A220623037808

분말, 특히 금속 분말을 제조할 때에는, 제조시에 분말의 표면에 의도하지 않은 산화가 종종 발생한다. 더욱이, 용해되거나 산화물 입자로서, 분말 자체의 내부에 산소가 존재할 수도 있다. 후자의 경우, 산소는 통상적으로 용융 공정시에 노 (furnace) 의 라이닝 (lining) 및 광재 (dross) 와의 평형으로 인하여 발생한다. 산화물, 특히 분말 표면의 산화물은, 조밀화 (densification) 에 의해 완제품 형상에 가깝게 (near-net-shape, NNS) 제조된 분말로 된 구성요소의 기계적 특성의 악화를 유발할 수 있다. 표면 산화물의 경우, 조밀화에 앞서 분말의 표면이 위치되는 곳에서 산화물 개재물 (oxide inclusion) 의 망 (network) 을 형성할 것이다. 전술한 문제점이 발생하는 분말의 일례로 초내식성 2상 스테인리스강 (SDSS) 의 분말이 있다. SDSS의 조밀체는 다양한 다른 환경에서 사용될 수 있다. 한 적용분야는 석유 및 가스 산업분야이다. 하지만, 분말 야금으로 제조된 SDSS의 조밀체는 일반적으로 낮은 충격 강도의 문제를 갖는다. 이 문제에 대한 합리적인 한 이론은, 산화물 개재물에서 금속간 화합물 (intermetallics) 이 석출된다는 것이다. 또 다른 이론은, 금속간 화합물과 산화물 석출물이 동시에, 또는 개별적으로 충격 강도를 떨어뜨린다는 것이다. 어느 경우이든, 분말의 산소 함량을 낮출 필요가 있다. 그러나, 금속 분말 또는 경질의 소재 등의 다른 분말 소재의 경우에도, 조밀체로 압착된 후에는, 산소 함량이 너무 높아 충격 강도 등의 양호한 기계적 강도를 달성하지 못할 수 있다. 이는, 예방 조치를 취했음에도 분말의 형성시에 쉽게 산화하는 소재에 있어서 특히 중요하다. 분말 야금법으로 조밀 제품을 제조할 때, 산소 함량을 최소화하기 위하여 게터 (getter) 를 이용하는 것은 이미 공지된 바 있다. 예를 들어, 미국특허 제3,992,200호에는 Ti, Zr, Hf 및 이들의 혼합물로 이루어진 게터를 사용하여 최종 압착 제품에서 산화물의 형성을 방지하는 것이 개시되어 있다. 이 방법은 예컨대 고속도강 및 초합금에도 이용된다. 나아가, 미국특허 제6,328,927호에는 텅스텐의 조밀체를 제조할 때에 게터를 사용하는 것이 개시되어 있다. 이 경우, 분말 캡슐이 티타늄 또는 티타늄 합금 등의 게터 소재로 제조된다. 그러나, 게터 소재를 이용한다고 하여 모든 분말, 특히 모든 강의 분말에 대하여 원하는 낮은 수준으로 산소 함량을 충분히 낮출 수 있는 것은 아니다. 이는 탄소 함량이 0.1% 이하인 분말의 경우에 특히 어렵다. 감량시에, 제어된 방법 및 비용-효율적인 방법으로 그 결과를 달성하는 것은 어렵다. 결과적으로, 조밀화 이전에, 특히 낮은 산소 함량을 위하여, 제어된 방법으로 분말의 산소 함량을 낮출 필요가 있다. 또, Cr 함량이 높은 저탄소강의 산소 함량을 100 ppm 미만의 매우 낮은 수준으로 낮추는 것이 필요하다.