금속 분말 사출 성형의 한계와 발전 동향

금속 분말 미세 사출 성형 금속 분말 미세 사출 성형 기술은 독일에서 처음 제안된 후 전 세계적으로 연구되었습니다. 최근 몇 년 동안 미세 사출 성형 기술은 미세 금속 및 세라믹 부품 성형 분야에서 큰 발전을 이루었으며, 특히 금속 성형에 이 기술을 적용함으로써 미세 부품이 높은 강도, 우수한 내식성, 고온 안정성, 뛰어난 자기 특성 및 내마모성을 갖게 되었습니다. 분말 미세 사출 성형 기술을 사용하면 미세 부품의 고가 조립 비용을 절감할 수 있습니다.

해외에서는 금속 분말 미세 사출 성형 분야에서 일정한 성과를 거두었습니다. 독일 IFAM 연구소는 현재 주로 화학, 유체, 생의학 등의 분야에 사용되는 미세 사출 성형 제품을 연구하고 있으며, 여기에는 초경 분말을 사용한 내마모성 미세 부품 및 금형 제조와 두 개 이상의 사출 성형 블랭크의 동시 소결 및 접합이 포함됩니다. 카를스루에 연구센터는 미세 사출 성형을 사용하여 기어와 미세 광학 부품 시트 등 미세 구조 부품을 제조합니다. FLEISCHER와 BUCHHOLZ는 금속 분말 미세 사출 성형의 자동화 생산 기술을 연구하여 자동 탈형, 노즐과 블랭크의 자동 분리, 금형 내 자동 제거 기술을 구현하고, 가공이 어려운 고강도 텅스텐을 가공하고 있습니다. 싱가포르에서는 주로 316L 스테인리스강 분말과 PZT 분말을 사용하여 미세 원기둥과 사각 기둥의 사출 성형을 연구합니다. 또한 프랑스의 Barriere T는 316L 스테인리스강 분말 미세 사출 성형 피드스톡의 임계 및 최적 분말 함량을 연구했습니다.

중국의 미세 사출 성형 연구는 아직 초기 단계에 있지만, 현재 여러 핵심 연구실이 있습니다. 그중 다롄이공대학교 교육부 정밀 및 특수 가공 핵심 연구실은 사각형 미세 금형의 정밀/초정밀 가공 이론과 기술, 정밀 부품 및 특수 형상 부품 측정을 위한 새로운 원리와 방법을 주로 연구하고, 생화학 마이크로 시스템과 정밀 기기 및 장비, 마이크로 액추에이터와 센서를 개발합니다. 베이징과학기술대학교의 Qu Xuanhui 등은 미세 사출 성형 기술을 사용하여 외경 200-800μm의 기어와 카보닐 철 분말 미세 기어를 제조했습니다.

기술적 특성 일반적으로 기존 MIM에 사용되는 재료는 미세 사출 성형에도 사용할 수 있습니다. 예를 들면 316L, 17-4 PH, Fe, WC-Co, W, W-Cu, Cu 및 Ag가 있습니다. 기존 MIM 기술과 비교하면 미세 사출 성형은 더 작은 부품과 더 높은 표면 조도가 필요하므로 분말은 더 미세해야 합니다(약 1μm). 미세 사출 성형용 분말은 미세 분말일수록 비표면적이 커지므로 혼합할 때 더 많은 바인더를 첨가해야 합니다.

사출 공정 미세 사출 성형 공정은 주로 금형 폐쇄, 예비 성형, 미세 캐비티 진공 배기, 금형 급속 가열, 정밀 계량 사출 충전, 보압, 냉각, 금형 급속 냉각 및 금형 개방, 제품 탈형 등의 주요 공정으로 구성되며, 그림 1에 도시되어 있습니다.


미세 사출 성형 제품의 미세 부품에는 정밀한 치수만 필요한 미세 정밀 부품, 품질 정밀도만 필요한 미세 부품, 품질과 치수가 모두 필요한 미세 정밀 부품, 표면 미세 구조를 갖는 성형 부품이 포함됩니다.

금속 분말 사출 성형의 한계와 발전 동향
한계 40년이 넘는 발전을 거치면서 MIM 기술은 다양한 산업에 적용되었고 재료 체계도 스테인리스강, 텅스텐 합금, 티타늄 합금, 초경 합금, 세라믹 등으로 매우 다양해졌습니다. 그러나 MIM은 아직 기계 가공, 정밀 주조, 프레싱/소결 공정 수준에 미치지 못합니다. MIM에는 여전히 다음과 같은 문제가 있습니다:

(1) 혼합 불균일성: 특히 다성분계와 복합 재료를 혼합할 때 각 성분의 밀도 차이로 인해 혼합 불균일성이 발생하기 쉽습니다. 혼합 불균일성은 소결 중 블랭크의 수축을 불균일하게 만들어 제품 변형을 초래합니다;

(2) 동시에 각 성분의 유변학적 특성이 다르기 때문에 사출 후 블랭크의 조성이 불균일해집니다. 사출 블랭크의 불균일한 조성은 또한

(3) 긴 탈지 시간으로 인해 생산성이 크게 저하되고 바인더가 완전히 제거되지 않습니다. 잔류 바인더는 소결 과정에서 탄화되어 분말 입자 사이의 야금학적 결합을 방해하고 제품의 기계적 특성을 저하시킵니다. 따라서 MIM 기술은 복잡한 형상 문제를 해결할 수 있지만, 혼합 및 탈지의 한계로 인해 크기가 작고 정밀도가 낮으며 기계적 특성이 낮은 제품 및 재료 체계로 제한되며, 기계적 특성 요구가 높고 결함에 민감한 재료 체계에는 적합하지 않습니다.

발전 동향

MIM 기술의 장점을 더욱 활용하고 크기, 정밀도, 기계적 특성 및 재료 체계의 한계를 극복하여 적용 범위를 확대하기 위해 주요 발전 동향과 연구 중점은 다음과 같습니다:
(1) 혼합 및 사출 중 다성분계와 복합 분말의 조성 및 조직 불균일성으로 인해 불균일한 수축이 발생하고 부품이 변형되는 문제와 관련하여, 기계적 볼 밀링을 사용해 복합 분말을 사전 제조하면 이 문제를 효과적으로 해결할 수 있으며 MIM의 발전 방향 중 하나가 될 것입니다;

(2) 긴 탈지 시간과 불완전한 탈지로 인해 소결 중 잔류 바인더가 탄화되면서 부품의 기계적 특성이 저하됩니다. 따라서 새로운 탈지 공정과 바인더의 개발 역시 발전 방향 중 하나가 될 것입니다. 컴퓨터 지원 열 탈지 기술, 용매 탈지 기술, 촉매 탈지 기술, 동결 건조 기술 및 마이크로파 보조 건조 기술은 탈지 시간을 크게 단축할 수 있습니다. 동시에 탈지 과정에서 휘발성 물질을 쉽게 생성하는 고분자 분해 부반응을 제어하고 탈지 과정에서 결함이 형성되는 것을 방지할 수 있습니다. 탈지를 용이하게 하는 새로운 바인더의 개발도 이 문제 해결에 도움이 될 것입니다.

(3) 바인더 사용량을 줄인 MIM 기술을 개발하고 기존 MIM의 질량 및 크기 한계를 돌파하며, 바인더가 재료 특성에 미치는 부정적 영향을 줄이거나 제거하는 것은 MIM 발전의 또 다른 중점 과제가 될 것입니다.