(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粉末及びスラリー材料を含む混合物をディスクが具備されたハウジングの中に噴射し、前記ディスクを回転させて顆粒を製造する段階；
前記顆粒を圧縮成形して成形体を製造する段階；
前記成形体を１０００℃〜１６００℃で焼結して焼結体を製造する段階；並びに
前記焼結体を切削して寸法を調節する段階；を含み、
前記ハウジングは密閉されて７０℃〜２００℃の熱風が供給され、
前記金属粉末は、炭素（Ｃ）：０．１重量％〜３重量％、シリコン（Ｓｉ）：０超過５重量％以下、マンガン（Ｍｎ）：０超過１５重量％以下、リン（Ｐ）：０超過１重量％以下、硫黄（Ｓ）：０超過１重量％以下、ニッケル（Ｎｉ）：０超過９０重量％以下、鉄（Ｆｅ）：０超過５０重量％以下、及びクロム（Ｃｒ）：０超過５０重量％以下を含み、
前記混合物は固相率（Ｓ／Ｌ）が１０体積％〜４５体積％であり、
前記ディスクの回転速度は４０００ｒｐｍ〜２００００ｒｐｍである、
ことを特徴とする耐熱部品の製造方法。
【請求項２】
前記顆粒の平均径が２０μｍ〜２００μｍである、ことを特徴とする請求項１に記載の耐熱部品の製造方法。
【請求項３】
前記金属粉末の平均径は０．０１μｍ〜５０μｍであり、前記金属粉末の径分布は０．００１μｍ〜１００μｍである、ことを特徴とする請求項１に記載の耐熱部品の製造方法。
【請求項４】
前記スラリー材料は溶媒及びバインダーを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の耐熱部品の製造方法。
【請求項５】
前記溶媒は水、ヘキサン、アセトン及び炭素数１〜１０のアルコールのうち一つ以上を含む、ことを特徴とする請求項４に記載の耐熱部品の製造方法。
【請求項６】
前記バインダーはポリビニルブチラール（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ  ｂｕｔｙｒａｌ、ＰＶＢ）、ポリビニルアルコール（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ  ａｌｃｏｈｏｌ、ＰＶＡ）、ワックス（Ｗａｘ）及びポリエチレングリコール（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｇｌｙｃｏｌ、ＰＥＧ）のうち一つ以上を含む、ことを特徴とする請求項４に記載の耐熱部品の製造方法。
【請求項７】
前記圧縮成形は０．１ｔｏｎ／ｃｍ２〜１０ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力で遂行される、ことを特徴とする請求項１に記載の耐熱部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顆粒を利用した耐熱部品の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、寸法精度及び機械的特性が優秀な産業用部品に対する要求が増加している。
【０００３】
このような産業用部品は粉末冶金技術又は金属粉末射出成形技術などを利用して製造することができる。前記粉末冶金（ｐｏｗｄｅｒ  ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ）技術は金属粉末を圧縮成形した後、焼結して所定の形状を有する金属成形体を製造する技術である。
【０００４】
図１は粉末冶金方法を示した図面である。前記図１を参照すれば、前記粉末冶金方法は成形段階、焼結段階及び切削段階を含んで構成され得る。
【０００５】
例えば、前記粉末冶金方法は、（Ｓ１）金属粉末を結合剤であるバインダー（ｂｉｎｄｅｒ）と混合した後圧縮してインゴット（ｉｎｇｏｔ）にした後、切削又はプレス加工を通じて設計通りの形状に製品を製作する成形段階；（Ｓ２）前記成形段階を経た製品を焼結炉で加熱する焼結段階；及び（Ｓ３）前記焼結段階を経た製品を設計通りの寸法に研削又は切削する切削段階を含むことができる。
【０００６】
前記粉末冶金方法によれば、粒径が５０μｍ〜２００μｍである粗大粉末を使用するため、製品の機械的性質、すなわち密度、強度及び硬度などを確保することが難しく、自動車のターボチャージャーなどの用途で使用することができない問題点があった。
【０００７】
前記成形段階において、金属粉末を金型に投入して圧縮する時、圧縮強度を上げて機械的性質を向上させることができるが、この場合、金型が破損されるため圧縮強度を上げることに限界があった。したがって、鍛造や熱処理のような後続工程が必要となる問題点があった。
【０００８】
また、粉末冶金方法では成形性の確保及び均一な製品生産のために粒径が粗大な粉末（５０μｍ〜２００μｍ）を使用せざるを得ない。前記粗大粉末は成形時に成形体に大きな気孔を形成し、このような大きな気孔は成形体の緻密化を低下させる要因として作用する。
【０００９】
一方、金属粉末射出成形（Ｍｅｔａｌ  Ｐｏｗｄｅｒ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）技術は約５μｍ〜約１０μｍに過ぎない径の微細金属粒子を使用する。前記粉末冶金時、前記金属粉末射出成形に使用される微細金属粒子を適用する試みがなされてきたが、前記径の微細金属粒子を適用すると、粒子間の凝集力によって金型に緻密に充填することができないため、成形時に密度の不均一が発生する問題点があった。また、充填量が一定でないため製品の均一性が低下した。
【００１０】
そして、微細な粉末であるほど塑性変形を起こすことが難しいので粉末状態で多くの応力を受けてしまい、これは熱処理中にクラックを発生させ得る要因となり、また金型間の公差よりも小さい微細粉末は金型の破損を誘導するため微細粉末で粉末冶金を適用することは問題点が多い。
【００１１】
図２は金属粉末射出成形方法を示した図面である。前記図２を参照すれば、前記金属粉末射出成形方法は、（Ｓ１００）混練段階、（Ｓ２００）射出成形段階、（Ｓ３００）脱脂段階、（Ｓ４００）焼結段階及び（Ｓ５００）切削段階を含むことができる。
【００１２】
より具体的には、前記金属粉末射出成形方法は金属粉末と結合剤であるバインダー（ｂｉｎｄｅｒ）を混合機で混合する混合段階；前記混合段階を経た混合物を射出成形機に注入し、圧縮成形して設計通りの形状に製品を作る射出成形段階；前記射出成形段階を経た製品を脱脂炉で加熱してバインダーを除去する脱脂段階；前記脱脂段階を経た製品を焼結炉で加熱する焼結段階；及び前記焼結段階を経た製品を設計通りの寸法に研削又は切削する切削段階を含むことができる。
【００１３】
前記脱脂段階は、射出成形機内で金属粉末の流動性を確保するために含まれる。また、ワックス及び高分子などのバインダーが不活性の雰囲気条件で熱処理時に炭素として残留することもあるため、脱脂段階を通じて除去される。
【００１４】
また、金属粉末射出成形方法の遂行時に前記脱脂段階で１２時間〜６０時間の間常温から１０００℃に加熱しなければならない煩わしさがあった。このため、生産性が低下し燃料費が多く増加して生産費用が上昇する問題点があった。このような脱脂段階を含む耐熱鋼部品の製造方法を特許文献１にて提示したことがある。
【００１５】
また、前記粉末冶金方法の収縮率は１％〜５％であるのに対し、前記金属粉末射出成形方法の収縮率は１２％〜２２％と収縮率が非常に大きく、収縮率を３次元的に制御することが困難である問題点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】韓国登録特許第１０−１２０２４６２号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の一観点は、顆粒を利用した耐熱部品の製造方法に関するものである。
【００１８】
一実施形態において、前記耐熱部品の製造方法は、金属粉末及びスラリー材料を含む混合物をディスクが具備されたハウジングの中に噴射し、前記ディスクを回転させて顆粒を製造する段階；前記顆粒を圧縮成形して成形体を製造する段階；前記成形体を１０００℃〜１６００℃で焼結して焼結体を製造する段階；並びに前記焼結体を切削して寸法を調節する段階；を含み、前記ハウジングは密閉されて７０℃〜２００℃の熱風が供給される。
【００１９】
一実施形態において、前記金属粉末は、炭素（Ｃ）：０．１重量％〜３重量％、シリコン（Ｓｉ）：０超過５重量％以下、マンガン（Ｍｎ）：０超過１５重量％以下、リン（Ｐ）：０超過１重量％以下、硫黄（Ｓ）：０超過１重量％以下、ニッケル（Ｎｉ）：０超過９０重量％以下、鉄（Ｆｅ）：０超過５０重量％以下、及びクロム（Ｃｒ）：０超過５０重量％以下を含むことができる。
【００２０】
一実施形態において、前記顆粒は平均径が２０μｍ〜２００μｍであり得る。
【００２１】
一実施形態において、前記金属粉末の平均径は０．０１μｍ〜５０μｍであり、前記金属粉末の径分布は０．００１μｍ〜１００μｍであり得る。
【００２２】
一実施形態において、前記混合物は固相率（Ｓ／Ｌ）が１０体積％〜４５体積％であり得る。
【００２３】
一実施形態において、前記ディスクの回転速度は４０００ｒｐｍ〜２００００ｒｐｍであり得る。
【００２４】
一実施形態において、前記スラリー材料は溶媒及びバインダーを含むことができる。
【００２５】
一実施形態において、前記溶媒は水、ヘキサン、アセトン及び炭素数１〜１０のアルコールのうち一つ以上を含むことができる。
【００２６】
一実施形態において、前記バインダーはポリビニルブチラール（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ  ｂｕｔｙｒａｌ、ＰＶＢ）、ポリビニルアルコール（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ  ａｌｃｏｈｏｌ、ＰＶＡ）、ワックス（Ｗａｘ）、及びポリエチレングリコール（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｇｌｙｃｏｌ、ＰＥＧ）のうち一つ以上を含むことができる。
【００２７】
一実施形態において、前記圧縮成形は０．１ｔｏｎ／ｃｍ２〜１０ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力で遂行され得る。
【００２８】
本発明の目的は、球形顆粒の製造が可能で、前記顆粒を金型内部に均一に充填できる耐熱部品の製造方法を提供することである。
【００２９】
本発明の他の目的は、プレス成形性が優秀で、焼結された焼結体の機械的強度が優秀な耐熱部品の製造方法を提供することである。
【００３０】
本発明のさらに他の目的は、製品の表面及び内部品質、成形密度が優秀で、製品収縮率を最小化できる耐熱部品の製造方法を提供することである。
【００３１】
本発明のさらに他の目的は、生産性が優秀で、工程時間及びエネルギー面で有利な耐熱部品の製造方法を提供することである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は粉末冶金方法を示した図面である。
【図２】図２は金属粉末射出成形方法を示した図面である。
【図３】図３は本発明の一実施形態に係る耐熱部品の製造方法を示した図面である。
【図４】図４は本発明の一実施形態に係る顆粒製造方法を示した図面である。
【図５】図５は本発明の一実施形態に係る顆粒製造方法を示した図面である。
【図６】図６は本発明の一実施形態に係る顆粒を製造するための成形機を示した図面である。
【図７】図７（ａ）は本発明の実施例に使用された金属粉末を示した光学顕微鏡写真であり、図７（ｂ）は本発明の実施例により製造された顆粒を示した光学顕微鏡写真である。
【図８】図８（ａ）は本発明に係る実施例の顆粒の光学顕微鏡写真であり、図８（ｂ）は本発明に対する比較例の顆粒の光学顕微鏡写真であり、図８（ｃ）は本発明に対する比較例の顆粒の光学顕微鏡写真である。
【図９】図９（ａ）は本発明に係る実施例の顆粒の光学顕微鏡写真であり、図９（ｂ）は本発明に対する比較例の顆粒の光学顕微鏡写真である。
【図１０】図１０（ａ）は本発明に係る実施例の耐熱部品の写真であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の耐熱部品のＸ線写真である。
【図１１】図１１（ａ）は本発明に係る実施例の耐熱部品を示した写真であり、図１１（ｂ）は本発明に対する比較例の耐熱部品を示した写真である。
【図１２】図１２（ａ）は本発明に対する比較例の耐熱部品を示した写真であり、図１２（ｂ）は本発明に係る実施例の耐熱部品を示した写真であり、図１２（ｃ）は図１２（ａ）の比較例の耐熱部品を熱処理した写真であり、図１２（ｄ）は図１２（ｂ）の実施例の耐熱部品を熱処理した写真である。
【図１３】図１３（ａ）は本発明に対する比較例の耐熱部品の微細組織を示した電子顕微鏡写真であり、図１３（ｂ）は本発明に係る実施例の耐熱部品の微細組織を示した電子顕微鏡写真であり、図１３（ｃ）は前記比較例の耐熱部品を熱処理した後の微細組織を示した電子顕微鏡写真であり、図１３（ｄ）は前記実施例の耐熱部品を熱処理した後の微細組織を示した電子顕微鏡写真である。
【図１４】図１４（ａ）は本発明に係る実施例の耐熱部品を大気条件で熱処理後に形成された表面酸化層を示した電子顕微鏡写真であり、図１４（ｂ）は前記実施例の耐熱部品を連続アニール炉で熱処理後に形成された表面酸化層を示した電子顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、添付した図面を参照して実施例について本発明が属する技術分野で通常の知識を有した者が容易に実施できるように詳細に説明する。本発明は相違する多様な形態で具現され得、ここで説明する実施例に限定されない。図面で本発明を明確に説明するために説明と関係のない部分は省略し、明細書全体を通して同一又は類似の構成要素に対しては同じ図面符号を付した。
【００３４】
［顆粒を利用した耐熱部品の製造方法］
本発明の一観点は顆粒を利用した耐熱部品の製造方法に関するものである。図３は本発明の一実施形態に係る耐熱部品の製造方法を示した図面である。前記図３を参照すれば、前記耐熱部品の製造方法は、（Ｓ１０）顆粒製造段階；（Ｓ２０）成形体製造段階；（Ｓ３０）焼結体製造段階；及び（Ｓ４０）切削段階；を含む。
【００３５】
より具体的には、前記耐熱部品の製造方法は、（Ｓ１０）金属粉末及びスラリー材料を含む混合物をディスクが具備されたハウジングの中に噴射し、前記ディスクを回転させて顆粒を製造する段階；（Ｓ２０）前記顆粒を金型に充填して圧縮成形して成形体を製造する段階；（Ｓ３０）前記成形体を焼結炉で１０００℃〜１６００℃で焼結させた後冷却して焼結体を製造する段階；及び（Ｓ４０）前記焼結体を切削して寸法を調節する段階；を含む。
【００３６】
以下、前記耐熱部品の製造方法を段階別に詳細に説明する。
【００３７】
［（Ｓ１０）顆粒製造段階］
前記段階は金属粉末及びスラリー材料を含む混合物をディスクが具備されたハウジングの中に噴射し、前記ディスクを回転させて顆粒を製造する段階である。
【００３８】
図４は本発明の一実施形態に係る顆粒製造方法を示した図面である。前記図４を参照すれば、前記顆粒は（Ｓ１１）混合物製造段階；及び（Ｓ１２）乾燥段階；を含めて製造され得る。
【００３９】
［（Ｓ１１）混合物製造段階］
前記段階は金属粉末及びスラリー材料を含む混合物を製造する段階である。
【００４０】
［金属粉末］
一実施形態において、前記金属粉末の平均径は０．０１μｍ〜５０μｍであり得る。一方、本発明で前記「径」は前記金属粉末の最大長さと定義する。前記平均径の金属粉末を適用する時、球形の顆粒を容易に製造することができ、前記顆粒を金型に均一に充填可能であり、機械的物性が優秀な耐熱製品の製造が可能である。
【００４１】
前記金属粉末の径分布は０．００１μｍ〜１００μｍ（粉末の９０％以上）であり得る。前記径分布で顆粒を容易に製造することができる。
【００４２】
一実施形態において、前記金属粉末はディーゼル及びガソリンターボチャージャーエンジンなどに適用される耐熱部品用金属粉末を使用することができる。前記耐熱部品用金属粉末はクロムを１８％以上含むことができる。
【００４３】
一実施形態において、前記金属粉末は、炭素（Ｃ）：０．１重量％〜３重量％、シリコン（Ｓｉ）：０超過５重量％以下、マンガン（Ｍｎ）：０超過１５重量％以下、リン（Ｐ）：０超過１重量％以下、硫黄（Ｓ）：０超過１重量％以下、ニッケル（Ｎｉ）：０超過９０重量％以下、鉄（Ｆｅ）：０超過５０重量％以下、及びクロム（Ｃｒ）：０超過５０重量％以下を含むことができる。前記範囲で含む時、本発明の耐熱部品の機械的強度が優秀であり得る。
【００４４】
例えば、前記金属粉末は、炭素（Ｃ）：０．２重量％〜０．５重量％、シリコン（Ｓｉ）：０．７５重量％〜１．３重量％、マンガン（Ｍｎ）：０超過１．５重量％以下、モリブデン（Ｍｏ）：０．２重量％〜０．３重量％、クロム（Ｃｒ）：２４重量％〜２７重量％、ニッケル（Ｎｉ）：１９重量％〜２２重量％、ニオビウム（Ｎｂ）：１重量％〜１．７５重量％及び残部の鉄（Ｆｅ）とその他不可避不純物を含むことができる。前記範囲で含む時、本発明の耐熱部品の機械的強度が優秀であり得る。
【００４５】
一実施形態において、前記金属粉末としてはＨＫ−３０（ＡＳＴＭ規格）を使用することができる。前記ＨＫ−３０は耐熱性が優秀であるため、特に高温の化学装置や熱処理用ポートに使用され得る。
【００４６】
一実施形態において、前記金属粉末は固相率（Ｓｏｌｉｄ  Ｌｏａｄｉｎｇ、Ｓ／Ｌ）が１０体積％〜４５体積％であり得る。一方、前記固相率は、前記混合物全体体積に対する金属粉末の体積比率で表わされる。前記範囲の固相率で、混合性及び成形性が優秀であるため、顆粒を容易に製造することができる。例えば、１３体積％〜４０体積％であり得る。
【００４７】
［スラリー材料］
前記スラリー材料は、前記混合物の流動性を確保して前記金属粉末をハウジングに噴射できるようにする。
【００４８】
一実施形態において、前記スラリー材料は溶媒及びバインダーを含むことができる。
【００４９】
［溶媒］
前記溶媒は前記混合物の流動性及び混合性を確保する目的で含まれ得る。一実施形態において、前記溶媒は揮発性であり得る。本明細書で、前記用語「揮発性」は、溶媒が後述する熱風を利用した乾燥の時、７０℃〜２００℃の温度範囲で蒸発することを意味する。
【００５０】
一実施形態において、前記溶媒は水、ヘキサン、アセトン及び炭素数１〜１０のアルコールのうち一つ以上を含むことができる。前記溶媒を使用する時に流動性及び混合性が優秀であり、顆粒を容易に製造することができる。
【００５１】
一実施形態において、前記炭素数１〜１０のアルコールとしては、メタノール、エタノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノールなどの１価アルコール、１，２−ペンタンジオール、１，５−ペンタンジオール、ヘキサンジオール、ヘプタンジオール、オクタンジオール、デカンジオールなどの２価アルコール、及びプロピレングリコール、１，３−ブチレングリコール、グリセリンなどの３価アルコールなどが使用され得る。これらは単独又は二種以上混合して使用され得る。
【００５２】
他の実施形態において、前記溶媒は前記混合されたスラリー１００体積部に対して５０体積部〜９０体積部含まれ得る。例えば、６０体積部〜７０体積部含まれ得る。例えば、５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８、６９、７０、７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７、７８、７９、８０、８１、８２、８３、８４、８５、８６、８７、８８、８９又は９０体積部含まれ得る。
【００５３】
［バインダー］
前記バインダーは、前記金属粉末がかたまって顆粒を形成する目的で含まれ得る。一実施形態において、前記バインダーはポリビニルブチラール（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ  ｂｕｔｙｒａｌ、ＰＶＢ）、ポリビニルアルコール（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ  ａｌｃｏｈｏｌ、ＰＶＡ）、ワックス（Ｗａｘ）、及びポリエチレングリコール（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｇｌｙｃｏｌ、ＰＥＧ）のうち一つ以上を含むことができる。前記バインダーを含む時顆粒形成効果が優秀であり得る。
【００５４】
一実施形態において、前記バインダーは前記金属粉末１００重量部に対して０．０１重量部〜５重量部含まれ得る。前記体積範囲で含む時球形顆粒を容易に製造することができる。例えば、０．５重量部〜５重量部含まれ得る。例えば、０．０１、０．０２、０．０３、０．０４、０．０５、０．０６、０．０７、０．０８、０．０９、０．１、０．５、１、１．５、２、２．５、３、４又は５重量部含まれ得る。
【００５５】
一実施形態において、前記溶媒としてはエタノールを含むことができる。一実施形態において、前記バインダーはポリビニルブチラール（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ  ｂｕｔｙｒａｌ、ＰＶＢ）を含むことができる。前記溶媒及びバインダーを含むスラリー材料を適用する時、前記金属粉末の酸化を防止する効果が優秀であり得る。
【００５６】
他の実施形態において、前記金属粉末及びバインダーは１００：０．０１〜１００：６の重量比で含まれ得る。前記重量比で含む時、混合性、作業性及び成形性が優秀であり、顆粒を容易に製造することができる。例えば、１００：０．５〜１００：２重量比で含まれ得る。
【００５７】
図５は本発明の一実施形態に係る顆粒製造方法を示した図面である。前記図５を参照すれば、一実施形態において、前記混合物は溶媒２０に金属粉末１０を投入して分散し、バインダー１２を投入して製造することができる。
【００５８】
他の実施形態において、容器に溶媒２０を投入し、その後バインダー１２を溶媒２０に混合（溶解）することで、金属粉末１０を混合するスラリーを製造することができる。又は前記溶媒、バインダー及び金属粉末をボールが収容されたボールミル（ｂａｌｌ  ｍｉｌｌ）の中に投入し混合して混合物を製造することができる。また、前記スラリーは前記ボールミル以外の通常の混合機を使用して製造することができる。一実施形態において、前記混合物は１〜２時間の間混合機を使って混合して製造することができる。
【００５９】
［（Ｓ１２）乾燥段階］
前記段階はディスクが具備されたハウジングに前記混合物を噴射し、前記ディスクを回転させて前記溶媒を乾燥させて顆粒を製造する段階である。
【００６０】
図６は本発明の一実施形態に係る顆粒を製造するための成形機１０００を示した図面である。前記図６を参照すれば、成形機１０００は回転可能なディスク３００が具備されたハウジング２００を含むことができる。
【００６１】
例えば、ディスク３００が具備されたハウジング２００に前記混合物を噴射し、ディスク３００を回転させて前記混合物に含まれた溶媒を乾燥させて顆粒を製造することができる。一実施形態において、ハウジング２００は密閉されたもので、内部に熱風が供給されて排気され得る。
【００６２】
前記図５（ｄ）及び図５（ｅ）のように、噴射された混合物はディスク３００が回転しながら、表面張力によって球形の粒子の塊りが形成され、溶媒が乾燥されて顆粒１００が形成される。
【００６３】
一実施形態において、ハウジング２００に７０℃〜２００℃の熱風が供給される。前記条件の熱風を供給しながらディスクを回転させる時、バインダーが分解されず、顆粒の形成速度及び顆粒形成率が優秀であり得る。前記ハウジングに７０℃未満の熱風が供給されると、前記混合物が完全に乾燥されなかったため顆粒の形状が不良となって耐熱部品の機械的性質及び外観性が低下し、前記ハウジングに２００℃を超過する熱風が供給されると、前記混合物中のバインダー成分が分解されて、顆粒の形状が不良となって耐熱部品の機械的性質及び外観性が低下する可能性がある。例えば、８０℃〜１５０℃の熱風が供給され得る。例えば、７０、７５、８０、８５、９０、９５、１００、１０５、１１０、１１５、１２０、１２５、１３０、１３５、１４０、１４５、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０又は２００℃の熱風が供給され得る。
【００６４】
一実施形態において、前記ディスクの回転速度は、４０００ｒｐｍ〜２００００ｒｐｍであり得る。前記回転速度で効率的な乾燥がなされ、球形の顆粒形成率が優秀であり得る。例えば、４０００、４５００、５０００、５５００、６０００、６５００、７０００、７５００、８０００、８５００、９０００、９５００、１００００、１１０００、１２０００、１３０００、１４０００、１５０００、１６０００、１７０００、１８０００、１９０００又は２００００ｒｐｍであり得る。
【００６５】
一実施形態において、前記顆粒は平均径が２０μｍ〜２００μｍであり得る。前記範囲で形成時に金型充填性及び耐熱部品の機械的特性が優秀であり得る。例えば、３０μｍ〜１５０μｍであり得る。又は、３０μｍ〜９０μｍであり得る。例えば、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、１００、１０５、１１０、１１５、１２０、１２５、１３０、１３５、１４０、１４５、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０又は２００μｍであり得る。
【００６６】
前記図６を参照すれば、前記混合物はディスク３００の回転によって発生する遠心力によってハウジング２００上部から下部方向に（又は下部から上部方向に）水滴の形態で分散され得る。この時、球の形状に形成された混合物で溶媒が乾燥されて、球の形状の顆粒が形成され得る。一実施形態において、前記顆粒はバインダーの結合力と前記金属粉末の凝集力（ファンデルワールス力）によって、金属粉末粒子が複数個結合されて、球形の形態で形成され得る。
【００６７】
［（Ｓ２０）成形体製造段階］
前記段階は前記顆粒を金型に充填し圧縮成形して成形体を製造する段階である。一実施形態において、プレス金型に所定形態のインゴットとなるように充填して圧縮成形することができる。
【００６８】
一実施形態において、前記圧縮成形は、０．１ｔｏｎ／ｃｍ２〜１０ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力で遂行され得る。前記顆粒の径は前記金属粉末の径より１０倍以上大きく、球形の形状を有するため、重力によって流動性が優秀となる。したがって、金型内部に均一に充填され得る。これは、金型内部に小麦粉を充填するより米粒を充填する時にさらに均一に充填されるのと同じである。
【００６９】
一実施形態において、前記顆粒が充填された金型をプレス成形して耐熱製品の形状に合わせて成形体を製造することができる。例えば、前記インゴットはブロック又は円板形状となるように顆粒を金型に充填することができる。
【００７０】
実施形態において、前記顆粒をプレス機の金型に所定の形態のインゴットとなるように充填して圧縮成形する時、前記顆粒は顆粒の形状が破れながら分割された微細な金属粉末が金型内部に均一に充填され得る。
【００７１】
［（Ｓ３０）焼結体製造段階］
前記段階は前記成形体を焼結炉で焼結させた後冷却して焼結体を製造する段階である。
【００７２】
一実施形態において、前記焼結は１０００℃〜１６００℃で実施することができる。前記範囲で前記混合物に含まれたバインダー成分が容易に除去されて、焼結体の機械的強度及び表面特性が優秀であり得る。前記焼結がこの１０００℃未満で実施される場合、未焼結による密度低下、前記焼結体の表面特性及び機械的特性が低下し、１６００℃を超過して実施される場合、溶融による形状不良が発生し、前記焼結体の機械的特性が低下され得る。例えば、１０００、１０５０、１１００、１１５０、１２００、１２５０、１３００、１３５０、１４００、１４５０、１５００、１５５０又は１６００℃で実施することができる。
【００７３】
一実施形態において、前記成形体を焼結炉で前述した温度で加熱した後、常温で冷却して焼結体を製造することができる。
【００７４】
前記バインダー成分は、前記焼結時に分解及び除去され得る。一実施形態において、前記バインダーにポリビニルブチラールを適用するとき、焼結炉で容易に除去されて工程効率性が優秀であり、焼結体の機械的強度及び表面特性が優秀であり得る。
【００７５】
一実施形態において、前記焼結は水素、窒素及びアルゴンの中の一つ以上を含むガスの雰囲気でなされ得る。前記ガスの雰囲気で焼結するとき酸素の流入による酸化現象が防止され得る。一実施形態において、前記焼結はＡｒ−Ｎ２又はＮ２−Ｈ２雰囲気で焼結され得る。
【００７６】
［（Ｓ４０）切削段階］
前記段階は、前記焼結体を切削して寸法を調節する段階である。一実施形態において、焼結体製造段階で製造された焼結体を目的とする寸法を有するように切削して前記焼結体の寸法を調整することができる。
【００７７】
［耐熱部品の製造方法によって製造された耐熱部品］
本発明の他の観点は前記顆粒を利用した耐熱部品の製造方法によって製造された耐熱部品に関するものである。
【００７８】
本発明による顆粒を利用した粉末冶金方法を適用するとき、製造された顆粒の形状が球形に近く、前記顆粒の粒径は２０μｍ〜２００μｍであり、前記顆粒の流動度は４０ｓｅｃ／５０ｇ未満となり、粉末冶金用粉末と類似の特性を有し、金型内部への充填が容易であり得る。
【００７９】
また、顆粒化された粉末がプレス成形されながら顆粒が破れ、微細粉末を金型内部に均一に充填することができ、焼結後の相対密度を９９％以上に高めることができ、機械的特性が優秀な耐熱部品を製造することができる。
【００８０】
そして、微細な金属粉末の粒子が顆粒化されてかたまってから成形段階で圧縮されるので、金属粉末を圧縮する時よりも内部の均一性を高めることができ、相対的に大きな焼結駆動力によって焼結後高い密度を得ることができるため、粉末冶金方法を用いながらも金属粉末射出成形方法（Ｍｅｔａｌ  Ｐｏｗｄｅｒ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）又は鋳造の方法で製造された製品以上の優秀な機械的性質を具備した製品を得ることができる。
【００８１】
また、金属粉末射出成形方法でのように脱脂工程を必要としないため製造工程が単純であり、脱脂のための加熱が不要であるためエネルギーを節約することができ、時間の節約効果もある。このため、生産性を向上させることができ、生産費用を低減させることができる効果がある。
【００８２】
また、成形密度が高いほど焼結段階後の収縮率が小さいことが分かる。本発明は微細な金属粉末を用い、顆粒を圧縮して成形するため既存の粉末冶金法より成形密度を向上させることができ、金属粉末射出成形方法に比べて収縮率の制御が容易であり、焼結後に設計寸法に近接する寸法に焼結させることができる。したがって、前記切削加工だけで作業が完了するので加工費及び生産費の節減効果が優秀である。
【００８３】
以下、本発明の好ましい実施例を通じて本発明の構成及び作用をさらに詳細に説明する。ただし、これは本発明の好ましい例示として提示されたものに過ぎず、本発明はこれによって制限されるものではない。
【００８４】
［実施例及び比較例］
［実施例１］
下記の表１のような含量の金属粉末、ポリビニルブチラール及びエタノールを含む混合物を製造した。体積が１０００ｍｌである容器とボールミルを用意した。前記金属粉末とポリブチラール及びエタノールを下記の表１の条件で適用して常温で１時間の間混合して混合物を製造した。
【００８５】
前記金属粉末は、平均径が５μｍ〜９μｍであるＰａｒｍａｃｏ社のＨＫ−３０製品を使用した。前記ＨＫ−３０は炭素（Ｃ）：０．２０〜０．５０重量％、クロム（Ｃｒ）：２４〜２７重量％、ニッケル（Ｎｉ）：１９〜２２重量％、シリコン（Ｓｉ）：０．７５〜１．３０重量％、マンガン（Ｍｎ）：０超過１．５重量％以下、モリブデン（Ｍｏ）：０．２〜０．３重量％、ニオビウム（Ｎｂ）：１〜１．７５重量％及び残部の鉄（Ｆｅ）とその他不可避不純物を含む。
【００８６】
【表１】
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【００８７】
前記図６のように内部に回転可能なディスクが具備され密閉されたハウジングを含む成形機に前記混合物を注入した後、ディスクを６０００ｒｐｍの回転速度で回転させながら、前記ハウジングに１３０℃の熱風を供給して顆粒を製造した。
【００８８】
前記顆粒を成形機に充填し、１００ＭＰａ（１．０１ｔｏｎ／ｃｍ２）の圧力で圧縮成形して、ターボチャージャーに使用されるべーンリング（ｖａｎｅ  ｒｉｎｇ）部品形態の成形体を製造した。
【００８９】
前記成形体を高温炉(バッチ炉又は連続炉で可能)で焼結し、焼結温度は液相が形成される前の温度である１２４０℃の温度で２〜３時間の間焼結し、バッチ炉では真空雰囲気、連続炉では水素雰囲気で焼結して焼結体を製造した後、前記焼結体を切削して寸法を調節して耐熱部品を製造した。
【００９０】
［実施例２］
下記の表２のような条件の成分及び含量を適用した混合物を適用したことを除いては前記実施例１と同じ方法で耐熱部品を製造した。
【００９１】
【表２】
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【００９２】
［実施例３］
前記圧縮成形時に６００ＭＰａ（６．１２ｔｏｎ／ｃｍ２）の圧力で圧縮成形したことを除いては前記実施例１と同じ方法で耐熱部品を製造した。
【００９３】
［実施例４］
前記圧縮成形時に６００ＭＰａ（６．１２ｔｏｎ／ｃｍ２）の圧力で圧縮成形したことを除いては前記実施例２と同じ方法で耐熱部品を製造した。
【００９４】
［比較例１］
前記ハウジングに６５℃の熱風を供給して顆粒を製造したことを除いては前記実施例１と同じ方法で耐熱部品を製造した。
【００９５】
［比較例２］
前記ハウジングに２１５℃の熱風を供給して顆粒を製造したことを除いては前記実施例１と同じ方法で耐熱部品を製造した。
【００９６】
［耐熱部品の物性評価］
（１）相対密度、収縮率、見かけ密度及び顆粒回収率測定：前記実施例１〜４及び比較例１〜２に対して、製造された耐熱部品の相対密度（ｒｅｌａｔｉｖｅ  ｄｅｎｓｉｔｙ）、収縮率（ｌｉｎｅａｒ  ｓｈｒｉｎｋａｇｅ）、見かけ密度（ｇ／ｃｃ）及び顆粒回収率（％）を下記の表３に示した。
【００９７】
【表３】
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【００９８】
前記表３を参照すれば、前記実施例１〜４は顆粒を圧縮して成形するため、金型充填時に既存金属（微粉）粉末よりも充填密度を高めることができ、収縮率の制御が容易であるため焼結後に設計寸法に近接する寸法に焼結することができ、焼結体を最小限に切削して耐熱部品を製造することが可能であることが分かった。
【００９９】
反面、比較例１の場合、乾燥がなされなかったため顆粒粉末が形成されず、比較例２の場合、実施例１〜４に比べて顆粒回収率が大きく低下することが分かった。
【０１００】
下記の図７（ａ）は前記実施例１に使用された金属粉末を１０００倍拡大した光学顕微鏡写真で、図７（ｂ）は本発明の実施例１により製造された顆粒を１００倍拡大した光学顕微鏡写真である。前記図７を参照すれば、前記金属粉末の平均径は５μｍ〜９μｍであり、前記実施例１〜３により製造された顆粒は平均径が３０μｍ〜９０μｍの粒子で製造されたことが分かった。
【０１０１】
図８（ａ）は前記実施例１の顆粒で、図８（ｂ）は前記比較例１の顆粒で、図８（ｃ）は前記比較例２の顆粒の光学顕微鏡写真である。また、図９（ａ）は前記実施例１の顆粒で、図９（ｂ）は前記比較例１の顆粒の光学顕微鏡写真である。前記図８及び図９を参照すれば、前記実施例２の顆粒は平均径が３０μｍ〜９０μｍの粒子で製造されたが、比較例１の顆粒は混合物が完全に乾燥されなかったため顆粒の形状が不良であり、比較例２の顆粒はバインダーが分解されたため顆粒の形状が不良であったことが分かった。
【０１０２】
図１０（ａ）は本発明の実施例１の耐熱部品の写真であり、図１０（ｂ）は前記実施例１の耐熱部品のＸ線写真である。前記図１０を参照すれば、前記実施例１の耐熱部品は外観性が優秀で、耐熱部品内部にも欠陥が発生しないことが分かった。
【０１０３】
図１１（ａ）は前記実施例１の耐熱部品であり、図１１（ｂ）は前記比較例１の耐熱部品を示した写真である。前記図１１を参照すれば、本発明の実施例１は外観性が優秀であるが、比較例１はクラックが発生するなど、外観性が低下することが分かった。
【０１０４】
（２）耐熱性評価：本発明により製造された耐熱部品の耐熱性を評価するために下記のように評価した。前記実施例１の金属粉末を利用して鋳造（ｃａｓｔｉｎｇ）して耐熱部品を製造し（比較例３）、前記実施例１と比較例３を８２０℃で５０時間熱処理して耐熱性を評価した。
【０１０５】
下記の図１２（ａ）は前記比較例３の耐熱部品を示したもので、図１２（ｂ）は前記実施例１の耐熱部品を示したものであり、図１２（ｃ）は前記比較例３の耐熱部品を熱処理したもので、図１２（ｄ）は前記実施例１の耐熱部品を熱処理した写真である。
【０１０６】
下記の図１３（ａ）は前記比較例３の耐熱部品の微細組織を示したもので、図１３（ｂ）は前記実施例１の耐熱部品の微細組織を示したものであり、図１３（ｃ）は前記比較例３の耐熱部品を熱処理した後微細組織を示したもので、図１３（ｄ）は前記実施例１の耐熱部品を熱処理した後微細組織を示した電子顕微鏡写真である。
【０１０７】
前記図１２及び図１３を参照すれば、本発明の実施例１の微細組織（図１３（ｂ）参照）は、鋳造された比較例３の微細組織（図１３（ａ）参照）に比べて組織が微細に形成され、均質性が優秀で、シグマ相（ｓｉｇｍａ  ｐｈａｓｅ）が検出されないことを確認した。
【０１０８】
一方、前記シグマ相は耐熱部品の耐熱特性の低下と耐食性の低下を誘発する。前記耐熱部品はシグマ相形成時に硝酸などの酸化性の強い環境下で顕著に損失され得る。したがってターボチャージャー用の耐熱部品は前記シグマ相の面積率を２％未満に制限している。
【０１０９】
図１４（ａ）は実施例１の耐熱部品を９００℃で５００時間の間大気条件で熱処理後に形成された表面酸化層を示したもので、図１４（ｂ）は実施例１の耐熱部品を９００℃で５００時間の間連続アニール炉で熱処理後に形成された表面酸化層を示した電子顕微鏡写真である。
【０１１０】
前記図１４（ａ）及び図１４（ｂ）を参照すれば、前記実施例１の場合、真空条件で熱処理するとき表面酸化層の厚さが最大１２．４０５μｍと測定され、連続アニール炉で熱処理するとき表面線画層の最大厚が１５．４０５μｍと測定された。これを通じて前記実施例１はターボチャージャー用の耐熱部品の表面酸化層厚さ制限値である３０μｍ未満を充足することが分かった。
【０１１１】
本発明に係る耐熱部品製造時、顆粒の粒子が金属粉末よりも１０倍以上大きいので均一な充填がなされ、焼結後の耐熱部品の密度が均一に形成されることが分かった。
【０１１２】
前記金属粉末の粒子が顆粒化されて成形段階で圧縮されるので、粉末冶金工程で粉末を圧縮する時よりも金型に均一に充填され、焼結駆動力が優秀な微細金属粉末を使用するため焼結時に組織の緻密化を誘導することができ、既存粉末冶金工法に比べて相対的に高い密度を得ることができる利点があることが分かった。
【０１１３】
したがって、本発明に係る耐熱部品を製造時、金属粉末射出成形方法（Ｍｅｔａｌ  Ｐｏｗｄｅｒ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）のような、優秀な機械的性質を具備した耐熱部品を得ることができることが分かった。
【０１１４】
また、本発明は前記金属粉末射出成形方法に要求される脱脂工程を必要としないため工程の単純化が可能であり、脱脂のための加熱が不要であるため生産性が優秀で、工程時間及びエネルギー面で有利であることが分かった。
【０１１５】
本発明の単純な変形ないし変更はこの分野の通常の知識を有した者であれば容易に実施することができ、このような変形や変更はすべて本発明の領域に含まれるものである。
【０１１６】
本出願は２０１５年１２月２８日付で韓国特許庁に出願された韓国特許出願第１０−２０１５−０１８７１５４号に基づいた優先権の利益を主張し、該当韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。
【０１１７】
（付記）
（付記１）
金属粉末及びスラリー材料を含む混合物をディスクが具備されたハウジングの中に噴射し、前記ディスクを回転させて顆粒を製造する段階；
前記顆粒を圧縮成形して成形体を製造する段階；
前記成形体を１０００℃〜１６００℃で焼結して焼結体を製造する段階；並びに
前記焼結体を切削して寸法を調節する段階；を含み、
前記ハウジングは密閉されて７０℃〜２００℃の熱風が供給される、
ことを特徴とする耐熱部品の製造方法。
【０１１８】
（付記２）
前記金属粉末は、炭素（Ｃ）：０．１重量％〜３重量％、シリコン（Ｓｉ）：０超過５重量％以下、マンガン（Ｍｎ）：０超過１５重量％以下、リン（Ｐ）：０超過１重量％以下、硫黄（Ｓ）：０超過１重量％以下、ニッケル（Ｎｉ）：０超過９０重量％以下、鉄（Ｆｅ）：０超過５０重量％以下、及びクロム（Ｃｒ）：０超過５０重量％以下を含む、ことを特徴とする付記１に記載の耐熱部品の製造方法。
【０１１９】
（付記３）
前記顆粒の平均径が２０μｍ〜２００μｍである、ことを特徴とする付記１に記載の耐熱部品の製造方法。
【０１２０】
（付記４）
前記金属粉末の平均径は０．０１μｍ〜５０μｍであり、前記金属粉末の径分布は０．００１μｍ〜１００μｍである、ことを特徴とする付記１に記載の耐熱部品の製造方法。
【０１２１】
（付記５）
前記混合物は固相率（Ｓ／Ｌ）が１０体積％〜４５体積％である、ことを特徴とする付記１に記載の耐熱部品の製造方法。
【０１２２】
（付記６）
前記ディスクの回転速度は４０００ｒｐｍ〜２００００ｒｐｍである、ことを特徴とする付記１に記載の耐熱部品の製造方法。
【０１２３】
（付記７）
前記スラリー材料は溶媒及びバインダーを含む、ことを特徴とする付記１に記載の耐熱部品の製造方法。
【０１２４】
（付記８）
前記溶媒は水、ヘキサン、アセトン及び炭素数１〜１０のアルコールのうち一つ以上を含む、ことを特徴とする付記７に記載の耐熱部品の製造方法。
【０１２５】
（付記９）
前記バインダーはポリビニルブチラール（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ  ｂｕｔｙｒａｌ、ＰＶＢ）、ポリビニルアルコール（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ  ａｌｃｏｈｏｌ、ＰＶＡ）、ワックス（Ｗａｘ）及びポリエチレングリコール（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｇｌｙｃｏｌ、ＰＥＧ）のうち一つ以上を含む、ことを特徴とする付記７に記載の耐熱部品の製造方法。
【０１２６】
（付記１０）
前記圧縮成形は０．１ｔｏｎ／ｃｍ２〜１０ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力で遂行される、ことを特徴とする付記１に記載の耐熱部品の製造方法。
【図１】
0006373955.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0006373955.tif 000014
【図１１】
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【図１２】
0006373955.tif 000016
【図１３】
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【図１４】
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