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Aug 15, 2023

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2023년 1월 9일 네트워크에 공유: 분말야금은 오랫동안 다음과 같은 용도로 사용되어 왔습니다.

2023년 1월 9일

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분말야금은 분말 압축 및 소결을 통해 자체 윤활 청동 및 철 기반 베어링과 같은 다공성 부품을 생산하는 데 오랫동안 사용되어 왔으며 다공성 베어링에 낮은 마찰 계수를 제공하기 위해 다공성을 윤활유로 채울 수 있습니다. COF) 및 광범위한 응용 분야에서 높은 내마모성을 제공합니다. 이제 핀란드 요엔수에 위치한 University of Eastern Finland와 Karelia University of Applied Sciences의 연구원들은 금속 사출 성형을 사용하여 17-4 PH 스테인리스강으로 다공성 부품을 생산했습니다. 다공성 17-4 PH 부품에는 파라핀 왁스가 함침되어 필요한 자체 윤활 특성을 제공합니다. 연구원인 M Kultamaa, K Monkkonen, JJ Saarinen 및 M Suvanto는 최근 Tribology International, Vol. 174, 2022에 따르면 COF가 낮고 새로운 유형의 다공성 자체 윤활 스테인리스강 부품이 MIM으로 생산될 수 있음이 나와 있습니다.

저자는 마르텐사이트 석출 경화 폴리MIM 17-4 PH 스테인리스강 분말이 공간 유지 재료로서 200~315μm의 크기 분포를 갖는 염화나트륨(NaCl)과 혼합되었다고 보고했습니다. NaCl의 양은 10, 20~30wt.% 범위였습니다. 또한, 1 중량% 파라핀 왁스를 혼합물에 첨가하여 사출 성형 동안 다량의 NaCl을 첨가한 폴리MIM 17-4 PH 공급원료의 유동성을 증가시켰습니다. NaCl 함량이 포함된 직사각형 시편과 NaCl이 포함되지 않은 원통형 핀 시편에 대한 사출 성형 매개 변수는 표 1에 요약되어 있습니다. 표에서 볼 수 있듯이 30wt.% NaCl이 포함된 시편에는 더 높은 성형 온도(210°C)가 필요했습니다. 뿐만 아니라 공급원료 혼합물의 더 높은 점도와 낮은 유동성을 보상하기 위해 더 긴 성형 시간과 더 높은 압력을 제공합니다. 선택된 매개변수는 금형 캐비티의 완전한 충전을 보장하고 결과적으로 공급원료 혼합물의 NaCl 양에 의해 제어되는 다양한 다공성 사이의 균일한 샘플 품질을 보장합니다.

성형 부품의 탈지 작업은 원래의 분말 공급원료에서 NaCl 공간 홀더 재료와 바인더 재료의 수용성 부분을 제거하기 위해 먼저 60°C의 증류수 욕조에서 20시간 동안 수행되었습니다. 갈색 부분을 100°C에서 2시간 동안 건조시켰다. 탈지 전후의 성형된 17-4 PH 스테인리스강 부품의 질량 손실(%)을 기준으로 한 다공성은 표 2에 나와 있습니다.

수소 분위기에서 최대 1350°C의 온도에서 소결 단계가 진행되는 동안 부품에서 잔류 바인더가 제거되었습니다. 그림 1은 다공성 소결된 17-4 PH 스테인레스 스틸 샘플의 내부 기공 구조의 단면 SEM 이미지를 보여줍니다. 10wt.%(a)를 갖는 공간 홀더 재료(NaCl)의 양은 23.2%의 다공성을 가져왔고, 20wt.%(b), 38.4%의 다공성을 나타냈습니다. 30 중량%(c)에서는 48.2%의 기공률이 관찰되었다. 소결된 MIM 다공성 부품의 다공성은 밀도로부터 계산되었으며, 비다공성, 0 중량% 샘플의 평균 밀도를 기준점으로 간주했습니다. 사용된 파라핀의 밀도는 0.90g/cm3이다.

결과적으로 소결된 다공성 17-4 PH 스테인리스 스틸 부품을 100°C로 가열하고 용융된 파라핀 왁스에 15분 동안 담가서 개방 다공성을 함침시켰습니다. 다공성 함침된 17-4 PH 샘플 표면의 과잉 파라핀 왁스를 N-헵탄을 사용하여 세척하여 샘플의 개방형 다공성에 저장된 파라핀에서만 윤활이 발생하는지 확인했습니다.

다공성 및 비다공성 17-4 PH 스테인리스강 시편의 동적 COF는 건식 슬라이딩 및 파라핀 윤활 조건에서 측정되었습니다. 구형 팁이 있는 원통형 비다공성 17-4 PH 핀이 정지 마찰 파트너로 사용되었습니다. 각 테스트는 결과의 반복성과 일관성을 보장하기 위해 서로 다른 테스트 표본에서 최소 3회 수행되었습니다. 10 및 30 N의 일반 하중이 100 m의 슬라이딩 거리에 사용되었습니다.

저자는 파라핀이 10N의 일반 하중 하에서 모든 소결된 17-4 PH 다공성 샘플에 대해 미끄럼 마찰 계수를 크게 감소시켰다고 보고했습니다. 가장 낮은 COF 값은 20wt.% 및 30wt.% NaCl을 포함하는 샘플에서 기록되었습니다. 다공성 17-4 PH 샘플의 개방 다공성에 함침된 파라핀은 슬라이딩 마찰 감소에 전적으로 책임이 있는 것으로 밝혀졌습니다. 저자는 또한 10wt.% 다공성 샘플에 함침된 파라핀의 양이 20wt.% 및 30wt.% 샘플에 비해 낮음에도 불구하고 마찰을 크게 낮추는 데 충분하다고 지적했습니다(COF = 0.15). 10N 일반 하중에서 20wt.% 및 30wt.% 샘플에 대한 COF 값은 약 0.07이었습니다. 파라핀이 함침된 소결 다공성 17-4 PH 시편에 대해 30N의 수직 하중에서 COF 값은 10N 하중에서의 결과와 유사한 것으로 나타났습니다.