초경합금 소결 결함 및 원인

소결은 분말 재료를 치밀한 소결체로 변환하는 공정을 말하며, 초경합금 생산 공정에서 매우 중요한 단계이다. 초경합금의 소결 공정은 네 가지 기본 단계로 나눌 수 있다: 성형제 제거 및 예비 소결 단계; 고상 소결 단계(800℃--공정 온도); 액상 소결 단계(공정 온도--소결 온도); 냉각 단계(소결 온도--실온). 그러나 소결 공정은 복잡하고 조건이 까다로우므로 주의를 기울이지 않으면 결함이 발생하여 제품 품질이 저하되기 쉽다. 일반적인 소결 결함과 원인은 다음과 같다:

1. 박리
박리 결함이 있는 초경합금은 파열 및 분말화가 발생하기 쉽다. 박리의 주요 원인은 성형체에서 코발트의 접촉 작용으로 탄소 함유 가스가 내부의 유리 탄소를 분해하여 성형체의 국부 강도가 저하되고, 그 결과 박리가 발생하는 것이다.

2. 기공
기공은 크기가 40마이크로미터를 초과하는 기포를 말한다. 기공이 형성되는 주요 원인은 용융 금속에 젖지 않는 불순물이 소결체 내부에 존재하거나 고상과 액상 사이에 심한 편석이 발생하는 경우이다.

3. 기포
기포는 초경합금 표면에 볼록하게 휘어진 면을 형성하여 제품 성능을 저하시킨다. 기포가 형성되는 주요 원인은 다음과 같다. 1) 소결체 내부에 공기가 모이는 경우. 소결 수축 과정에서 소결체에 액상이 형성되고 치밀화가 진행되면 공기가 배출되지 못하며, 이후 소결체 표면에서 저항이 가장 작은 부분에 기포가 형성된다. 2) 소결체 내부에서 화학 반응이 일어나 다량의 가스가 발생하는 경우. 가스가 소결체 내부에 집중되면서 자연스럽게 기포가 형성된다.

4. 변형
초경합금에서 흔히 발생하는 변형 현상으로는 기포와 오목 변형이 있다. 변형의 주요 원인은 압축 성형체의 밀도 분포 불균일, 소결체의 국부적인 심한 탈탄, 보트 적재 방식의 부적절함, 패드의 불균일이다.

5. 흑심
흑심은 합금 파단면에 조직이 치밀하지 않은 부분을 말한다. 흑심이 형성되는 주요 원인은 탄소 함량이 지나치게 낮거나 높은 것이다.