WC 소재의 제조에 관한 새로운 프로세스의 연구

Abstract

초경합금은 경도가 높은 고융점 금속의 탄화물상을 연성이 큰 철족금속상으로 결합시킨 복합재료로 90% 이상을 "텅스텐카바이드"(WC)를 주재료로 하고 "코발트"를 접합금속으로 사용한 Co접합 WC 기의 초경합금이다. 이는 초경재 WC의 높은 경도와 접합금속 Co의 우수한 소결 및 기계적특성의 결합이 어느 다른 초경탄화물 이나 접합금속의 결합보다도 우수한 재질특성을 보여주기 때문으로 설명되고 있다. 그러나 최근 초경합금 제조시에 첨가되어 결합제의 역할을 하는 원소인 Co 를 Ni 로 부분 또는 전량 대처 할 수 있는가에 대한 관심이 증대되고 있는데 이것은 공급의 부족에 따른 코발트 가격의 등귀가 초경합금생산에 큰 어려움을 주기 때문이다. 또한 1930년 이래로 많은 연구가 있어 왔지만 Co 가 최상의 바인더인지에 대해서는 아직도 명확하게 밝혀진 바가 없고, 최근에 와서 Co 대신에 Ni 을 접합금속으로 사용한 결과 우수한 기계적 성질 및 절삭 성능을 갖는 초경합금을 얻었다는 사실이 보고되고 있다. 세계유수의 "텅스텐"자원국인 우리나라의 입장에서는 텅스텐 관련제품의 50% 이상의 응용분야가 되는 초경합금 분야에서 텅스텐의 효율적인 이용이라는 측면에서 Co 를 타금속으로 대체하는 필요성은 더 큰 의미를 갖는다. Ni 접합 WC 초경합금이 Co 접합의 그것에 비해서 보여주는 뒤떨어지는 기계적 특성을 과거에는 일반적으로 :코발트의 우수한 분쇄특성, 소결온도에서 Co가 Ni보다 높은 WC의 고용도를 갖는다는 점, WC에 대한 우수한 접착성 그리고 Ni은 Co보다 취성이 큰 2중 탄화물을 형성하는 경향이 크다는 등으로 설명하여 왔다. 그러나 위에 주장들 중 일부는 그 후에 이루어진 보다 정확한 실험결과에 의하면 부분적으로 반론이 제기 되어져 일반적으로 받아드려 질수 없을뿐더러 신뢰할만한 기초적인 데이터로서 얻어진 결론이라 할 수도 없다. 이런 상황 하에서 최근 연구자에 의해서 발표된 일련의 보고에 따르면 Fe, Ni, Co의 이원 또는 삼원합금계의 종합 탄화물재에서는 Co 만을 결합제로 한 경우에 비해 물성의 차이가 크지 않고, 어떤 측면에서는 오히려 다소 우수한 재질 특성이 얻어진다고 하는 연구결과도 있다. 사실 Fe 나 Ni 또는 철족 금속의 합금으로 Co 접합금속을 전량 또는 부분대처 하고자하는 연구의 필요성은 그 동기가 재질향상에서 보다는 경제적 특성에서 연유되는 것이다. 기존의 초경합금의 생산에는 Co가격의 문제뿐 아니라 생산성에서도 큰 문제가 있다. WC 에 접합금속을 도포하기 위해 장시간 볼밀을 하고, 예비소결 후 다시 고온에서 소결함은 많은 시간과 경비를 소모되기 때문이다. 따라서 본 연구는 다음에 설명되는 바와 같은 연구배경 하에서 Co 를 접합금속으로 하는 기존의 WC 초경합금대신 Ni 을 주성분으로 하는 접합금속을 사용하되 생산 공정을 간단히 하고 생산 온도를 낮추기 위하여 기존의 초경소결방법과 달리 매우 간단한 공정을 통하여 제조하기 위하여 연구를 수행하였다.

Recently interests about hard metal has been increased because engineering environment is getting severe and complicated. However process of existing hard metal is not only complicated, but also sintered in fairly high temperature. So existing process is inefficient and expensive. On this study, the most ideal condition was experimentally selected, and new process of WC hard metal manufacturing with Co and Ni-alloy addition was established in these conditions. Currently to produce hard metal, there are 4 steps. Firstly preparing powder for a long time. Secondly pre-sintering and then working to make shape. For the last main sintering in high temperature. Productivity of current process is awfully low, and it is difficult to make shape we want. To overcome these weak points, BNi-2 and BCo was used in new process. Brazing material is penetrated into pressurized WC specimen to recover strength and toughness. Therefore this method establishes that manufacturing process and sintering temperature can be reduced, and productivity can be maximized.