철강재료의 마모 저항 향상을 위한 WC경질층 형성에 관한 연구

Abstract

초경합금이라 함은 경도가 높은 재료를 포괄적으로 뜻한다고 할 수 있지만 일반적으로는 탄화텅스텐 (WC)계 재료를 의미한다. 초경합금은 높은 경도를 가지는 카바이드와 인성을 가지는 금속의 혼합물로서 인성이 높은 고속도강계 재료와, 고온 경도가 높은 세라믹계 재료의 중간 성질에 위치하므로 공구 재료의 중요한 특성인 경도와 어느 정도의 인성을 가지고 있기 때문에 현재 가공용 공구, 내마모용 부품 및 금형 소재 등으로 널리 사용되고 있다. 최근에는 반도체 산업 및 정밀 공업의 발전으로 이들이 사용되는 환경이 복잡·다양화되면서 고성능의 초경 재료가 연구되고 있다. WC는 고융점 재료이므로 소결이 어려워서 일반적으로 Co 등의 금속결합제나 다른 카바이드 (TiC, Mo₂C 등)를 첨가하여 소결하고 있다. 그러나 결합제로 첨가하였을 경우, 경도는 비숫하나 인성이 현저하게 저하된다. 또한 WC/TiC계면에서 탄소의 편석에 의해 유발되는 pull out으로 인해 파괴저항성 및 내마모성이 저하된다. WC-Ni 초경재료는 WC-Co계 합금에 비해 경도와 인성이 조금 낮으나 WC-Ni계 합금 고유의 특성인 비자성, 내식성, 내열성, 내산화성 등으로 인하여 성형 다이 및 공구 등에 사용될 수 있는 가능성이 많다. 또한 코발트 보다 니켈의 값이 싸기 때문에 제조원가를 낮출 수 있다는 장점을 가지고 있다. 초경합금의 접합기술은 각종의 소성가공용 공구 및 금형의 경우, 용도에 따라서 그 형상이 매우 다양하며, 가공 대상재료도 매우 다양하므로 새로운 수요가 창출될 수 있는 분야가 매우 넓다는 특징을 가지고 있다. 따라서 공구강(steel)과 초경합금 이종재료의 접합 기술 개발은 새로운 수요의 창출과 기존 공구의 기능 향상 및 고가의 소재 절약에 따른 경제성의 확보 및 가치 제품 개발에 따른 대외 경쟁력 향상 등에 기여할 수 있을 뿐 아니라 접합하기 매우 어려운 이종재료 접합 기술의 정립이라고 하는 측면에서 매우 유용한 연구로서 산업계 전반에서 절실하게 개발이 요구되고 있는 분야이다. 이렇게 이종재료의 접합이 필연적으로 요구되지만 목적과 용도에 적합한 접합기술은 반드시 확립된 것은 아니어서, 각종 소재 및 완성품의 설계 제작에 여러 가지 어려움을 주고 있다. 또한 불필요한 부분까지 초경으로 만들어 사용하여 원료 낭비가 있을 뿐만아니라 무게적 부담감도 만만치 않다. 따라서 본 연구에서는 WC에 소결 보조제로서 통상적인 Co나 Ni가 아닌 BNi-2(브레이징 재료)를 첨가하여 초경합금분말의 소결과 동시에 이종재료에 부분적 접합을 한 번에 가능하도록 하여 제조 공정의 간편화, 재료의 절약, 무게적 부담감 해소 등의 목적으로 연구를 수행하여 현업에 유용한 데이터를 정립하고자 하였다.