실험실용 유압 프레스와 활성 볼 밀링을 통합하면 Ti6Al4V/TiB 복합재의 미세 구조가 근본적으로 변경되어 기존 프레스 방식에 비해 우수한 기계적 성능을 제공합니다. 이 결합된 접근 방식은 분말 입자 형태를 최적화하고 충진 효율을 크게 향상시켜 잔류 기공률 감소와 계면 결합 강화로 직접 이어집니다.
활성 볼 밀링과 고압 유압 성형의 시너지는 잔류 기공률을 약 2.3%로 줄입니다. 이를 통해 더 조밀하고 균일한 "그린 바디"가 형성되며, 이는 최종 소결 중 경도와 압축 강도를 극대화하는 중요한 물리적 기반 역할을 합니다.
미세 구조 무결성 강화
입자 형태 최적화
활성 볼 밀링은 재료를 혼합하는 것 이상으로 분말 입자 형태를 적극적으로 변형시킵니다. 공정은 금형에 도달하기 전에 입자의 모양과 표면 특성을 개선하여 우수한 계면 결합을 위한 재료를 준비합니다.
충진 효율 향상
이 방법의 중요한 이점은 충진 효율의 상당한 향상입니다. 변형된 입자는 금형 내에서 더 효과적으로 함께 패킹되어 기존 혼합 방식으로는 달성할 수 없는 더 높은 초기 구조적 무결성을 가진 "그린 바디"(성형된 비소결 재료)를 만듭니다.
밀집화의 역학
고압 소성 변형
밀링이 분말을 준비하는 동안 실험실용 유압 프레스는 밀집화를 주도합니다. 종종 600MPa까지의 고압 하중을 가함으로써 프레스는 소성 변형을 유도하고 입자 재배열을 강제합니다.
소결 전 기공 감소
이 고압 기계적 패킹은 분말 입자 사이의 기공을 효과적으로 줄입니다. 이 단계는 원자 확산을 위한 필요한 물리적 기반을 설정하여 후속 고온 진공 소결 공정이 매우 효율적이도록 보장합니다.
우수한 재료 성능
균일한 강화재 분포
최종 소결 제품은 침상형 일붕화티타늄(TiB)의 더 균일한 분포를 나타냅니다. 기존 방식에서는 응집이 발생할 수 있는 반면, 이 결합 공정은 강화상이 매트릭스 전체에 고르게 퍼지도록 보장합니다.
경도 및 강도 증가
낮은 기공률(약 2.3%)과 균일한 미세 구조의 누적 효과는 기계적 특성의 상당한 증가입니다. 사용자는 최종 복합재의 경도 및 압축 강도 모두에서 뚜렷한 개선을 관찰합니다.
공정 요구 사항 이해
공정 상호 의존성
유압 프레스가 독립적으로 작동하지 않는다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 달성하는 높은 상대 밀도는 활성 볼 밀링이 먼저 분말의 결합 능력을 최적화했기 때문에 효과적입니다. 밀링 매개변수를 무시하면 높은 압력에도 불구하고 필요한 계면 무결성이 부족한 그린 바디가 나올 가능성이 높습니다.
소결의 역할
프레스는 고밀도 그린 바디를 생성하지만, 최종 재료 특성은 고온 진공 소결 중에 고정됩니다. 프레스는 이 확산이 효과적으로 발생할 수 있도록 원자 거리가 충분히 짧도록 보장하며, 정밀한 열 관리가 필요하다는 점을 대체하지는 않습니다.
목표에 맞는 올바른 선택
이 제조 경로의 이점을 극대화하려면 다음 특정 목표를 고려하십시오.
- 주요 초점이 최대 밀도인 경우: 소결 전 기공 공간을 최소화하기 위해 유압 프레스가 600MPa까지의 하중을 전달하도록 보정되었는지 확인하십시오.
- 주요 초점이 미세 구조 균일성인 경우: TiB 강화재가 얼마나 고르게 분산되는지를 결정하는 입자 형태를 최적화하기 위해 활성 볼 밀링 단계를 우선시하십시오.
볼 밀링의 형태 개선과 유압 성형의 강력한 힘을 결합함으로써 고성능, 결함 없는 복합재에 필요한 물리적 조건을 충족하도록 보장합니다.
요약 표:
| 특징 | 기존 프레스 및 소결 | 볼 밀링 + 유압 프레스 |
|---|---|---|
| 기공률 수준 | 높은 잔류 기공 | 약 2.3%로 감소 |
| 입자 형태 | 불규칙하고 정제되지 않음 | 충진 효율을 위해 최적화됨 |
| 강화재(TiB) | 응집 가능성 | 균일한 침상 분포 |
| 계면 결합 | 표준 확산 | 소성 변형을 통해 강화됨 |
| 기계적 특성 | 기본 경도/강도 | 우수한 압축 강도 |
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참고문헌
- Yuchao Song, Xiaofeng Xu. Comparative Study of Microstructure and Characteristics of Ti6Al4V/TiB Composites Manufactured with Various Powder Metallurgy Approaches. DOI: 10.15407/mfint.44.02.0211
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