고온 진공 탈기는 필수적인 정제 단계입니다. 주요 기능은 혼합 입자 간극에 갇힌 잔류 공기를 엄격하게 제거하고 분말 표면에 부착된 수분을 탈착하는 것입니다. 이러한 오염 물질을 가공 전에 제거하지 않으면 재료 구조 내에 영구적으로 갇히게 됩니다.
고압 적용 전에 휘발성 오염 물질을 제거함으로써 폐기공 형성을 방지합니다. 탈기 실패는 재료의 밀도와 기계적 강도를 파괴하는 내부 "구멍 결함"을 초래합니다.
결함 방지 메커니즘
입자 간 공기 제거
모든 분말 혼합물에는 입자 사이의 물리적 간극에 상당한 양의 공기가 존재합니다.
이 잔류 공기를 제거하지 않으면 매트릭스 내에 저항 주머니가 생성됩니다.
흡착된 수분 제거
금속 분말은 자연적으로 환경에서 수분을 끌어당겨 표면에 부착됩니다.
고온에서는 이 흡착된 수분이 팽창하고 증발합니다. 이 증기를 빼내는 진공 시스템이 없으면 내부 압력이 발생하여 밀착에 방해가 됩니다.
불완전한 탈기의 결과
폐기공 형성
작업 흐름의 다음 단계인 열간 등방압 가공(HIP)은 고압을 사용하여 재료를 밀착시킵니다.
매트릭스에 가스가 남아 있으면 외부 압력이 이러한 가스 주머니 주위의 금속을 압축하여 폐기공을 형성합니다.
재료 밀도 감소
이러한 내부 공극의 존재는 고체 재료의 총 부피를 효과적으로 감소시킵니다.
결과적으로 재료 밀도가 현저히 감소된 복합재가 생성되어 단단하기보다는 다공성이 됩니다.
기계적 특성 저하
내부 구멍 결함은 알루미늄 매트릭스 내에서 응력 집중원으로 작용합니다.
이러한 결함은 전반적인 기계적 특성을 크게 저하시켜 최종 부품이 하중 하에서 조기 파손되기 쉽습니다.
절충안 이해
공정 시간 대 재료 품질
탈기는 전체 제조 주기에 시간이 많이 소요되는 단계입니다.
그러나 시간을 절약하기 위해 이 단계를 우회하거나 단축하려고 하면 나중에 수정할 수 없는 내부 결함이 발생합니다.
온도 균형
시스템은 수분을 방출할 만큼 충분히 높은 온도에 도달해야 하지만 조기 소결을 방지할 수 있을 만큼 제어되어야 합니다.
가공 전에 오염 물질이 분말 형태를 변경하지 않고 방출되도록 하려면 적절한 보정이 필수적입니다.
목표에 맞는 올바른 선택
알루미늄 매트릭스 복합재가 성능 요구 사항을 충족하도록 하려면 다음 우선 순위를 고려하십시오.
- 최대 밀도가 주요 초점인 경우: 진공 수준이 미세 기공을 배출하기에 충분한지 확인하십시오. 이는 밀착 중에 폐기공 형성을 방지합니다.
- 기계적 강도가 주요 초점인 경우: 내부 공극이 구조적 약점의 주요 원인이므로 흡착된 수분의 완전한 제거를 우선시하십시오.
열간 등방압 가공 주기의 성공은 그 앞에 오는 탈기 단계의 품질에 의해 결정됩니다.
요약 표:
| 공정 구성 요소 | 품질 관리에서의 역할 | 최종 제품에 미치는 영향 |
|---|---|---|
| 공기 배출 | 입자 간극에서 공기 제거 | 내부 "구멍 결함" 방지 |
| 수분 탈착 | 표면 흡착수 제거 | 가스 팽창 및 공극 형성 중지 |
| 진공 탈기 | HIP 전 정제 | 최대 재료 밀도 보장 |
| 열 균형 | 소결 없이 휘발성 물질 방출 | 최적의 분말 형태 유지 |
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참고문헌
- Xuelan L. Yue, Kōichi Nakano. GSW0116 Effect of processing parameters on properties of aluminum based MMCs. DOI: 10.1299/jsmeatem.2003.2._gsw0116-1
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