분말야금법의 개요 Part 1.

◈ 분말야금이란?
금속이나 금속산화물의 분말을 가열하여 결합시킴으로써 금속재료(반제품)이나 금속가공제품을 만드는 기술을 분말야금(Powder Metallurgy, P/M)이라 한다.
분말야금제품이 비교적 대량으로 생산된 것은 근연의 일이지만 금속가공기술의 주류는 역시 주조에 의한 금속재료이기 때문에 분말을 원료로 하는 분말야금기술은 일견 신기술로 인식되기 쉬우나 역사적으로는 매우 오래 된 금속가공 기술이다.

 

◈ 분말야금법의 장단점.
▶ 장점.
  ① 비교적 간단한 공정으로 복잡한 형상의 제품을 만들 수 있다.
  ② 주조에 비해 낮은 온도에서 작업이 가능하다.
  ③ 각 성분의 배합비가 정확하고 또 분말의 혼합이 균일하면 균일한 재질의 제품을 얻을 수 있다.
  ④ 고용도가 거의 없는 경우에도 합금이 가능
  ⑤ 손쉽게 다공질 재료를 얻을 수 있다.

▶ 단점.
  ① 분말의 형상, 입도 및 입도분포를 제어하는 것은 분말야금에서 매 우 중요하나 이것이 항상 용이하지는 않다.
  ② 주조에 비해 press, 소결로, 혼합기 등의 장비가 많이 필요하며 미분말 일수록 저장과 취급에 주의해야 한다.

 

◈ 금속 분말의 제조 방법 .
 1. 기계적 제조 방법(고체금속의 분말화).
금속분을 기계적 분쇄법으로 제조하는 것은 예전부터 해왔으며 현재에도 분쇄법이 광범위하게 실용되고 있다.
이 방법은 기계절삭, 파쇄, 분쇄 등으로 나눌 수 있으며 모든 금속의 분말화에 이용되며 분말야금용 금속분말로는 다음과 같은 경우에 적용되고 있다.
  ① 전해분출물의 분쇄.
  ② 전해 및 환원법으로 제조된 해선(sponge)상 금속의 분쇄.
  ③ 금속 및 합금의 분쇄.
  ④ 포화처리를 한 금속의 분쇄.
  ⑤ 각종 분말의 혼합 및 미세화.

 1) 기계절삭법.
금속을 선반과 같은 절삭기로 깍거나 톱으로 자르거나 줄질하여서 생기는 부스러기(chip) 등을 얻은 방법이다.
이렇게 해서 만든 것은 다시 파쇄, 분쇄를 거쳐서 분말로 제조되는데, 특히 불꽃제조용 Mg 분말의 제조는 금속의 전성과 폭발성 때문에 다른 방법은 금지되어 있으며 기계절삭 방법만을 이용하고 있다.

 2) 파쇄(crushing).
분쇄기는 그 구조, 분쇄기구 및 조작등에 각각 특색을 가지고 있으나, 일반적으로 분쇄원료의 크기에 따라 분류하는 것이 알기 쉽다.
보통 조분쇄기, 중간분쇄기, 미분쇄기의 세 가지로 나누지만 그것은 큰 의미를 가진 것은 아니고 어떤 종류의 분쇄기는 중간 분쇄기로 사용하기도 하고 또 어떤 종류의 중간 분쇄기는 파쇄기로 또는 미분쇄기로 사용되기도 한다.

 3) 분쇄(milling).
보다 더 고운 입자를 얻으려는 세분화공정이 분쇄과정이다.
실용되고 있는 분쇄기로는 스탬프 밀, 보올 밀, 에디 밀 등이 있다.

  ① 스탬프 밀 (stamp mill)
아래 그림에서 보는 바와 같이 구조가 간단하고 예전부터 실용되어 왔다. 여기에는 여러 가지 형이 있으나 어느 것이나 다수의 도쇄봉이 캠에 의하여 끌어 올려진 후 자중에 의하여 분쇄태 위에 낙하하여 충격을 주어서 분말화한다.
  ② 보올 밀(ball mill)
아래 그림에서 보는 바와 같이 수평의 회전 원통형 또는 원추형 내에 강구 또는 세라믹 볼과 피분쇄물을 장입하여 원통 또는 원추를 회전시켜서 분쇄한다. 즉 피분쇄물은 볼사이의 마찰작용과 볼의 낙하에 의한 충격작용으로 분쇄되어 분말화한다. 원추 또는 원통과 구는 일반적으로 강 또는 스테인레스강을 사용하나 불순물의 혼입을 막기 위해서는 그 내용을 초경합금구를 사용한다.

  ③ 에디 밀(eddy mill)
아래 그림은 이 밀의 개요이며 원료의 크기는 최대 지름 2-3mm, 길이 6-10mm 정도의 가는 선을 사용한다.
그림에서 입구를 통하여 용기 내에 원료인 세선편이 투입되면 상대하고 있는 프로펠러가 서로 반대방향으로 회전하여 기류는 화살표방향인 용기의 중앙부로 피분쇄물을 보내 입자가 서로 충돌하여 분쇄된다.