아르곤 분위기는 필수적입니다. 티타늄 기반 분말의 기계적 합금 중에 빠른 화학적 오염을 방지하기 위함입니다. 티타늄과 그 합금 원소는 반응성이 매우 높기 때문에 공기 중의 산소 및 질소와 쉽게 결합하므로 재료의 화학적 순도를 유지하기 위해 불활성 가스 차폐가 필요합니다.
티타늄의 높은 화학적 반응성은 공기 중에서 분쇄할 때 심각한 산화 및 질화를 유발합니다. 아르곤은 중요한 장벽 역할을 하여 합금의 연성을 보존하고 최종 소결 부품의 기계적 무결성을 보장합니다.
오염의 화학
티타늄의 높은 반응성
티타늄 및 관련 합금 원소는 화학적으로 매우 활성입니다. 정상적인 조건에서 대기 중에 존재하는 산소 및 질소에 대한 강한 친화력을 가지고 있습니다.
"신선한 표면"의 취약성
고에너지 볼 밀링 중에 오염 위험이 극적으로 증가합니다. 이 공정은 분말 입자를 지속적으로 파쇄하여 매우 활성이 높은 신선한 표면을 대량으로 생성합니다.
가속화된 반응 속도
이 새로 노출된 표면은 보호 산화물 층이 없기 때문에 주변 환경에 매우 민감합니다. 보호 없이는 공기와 즉시 반응하여 심각한 산화 및 질화를 유발합니다.
아르곤 보호의 역할
불활성 환경 조성
아르곤은 불활성 가스이므로 티타늄 분말과 화학적으로 반응하지 않습니다. 밀폐된 볼 밀링 병을 아르곤으로 채움으로써 분말을 주변 공기로부터 격리하는 보호 분위기를 만듭니다.
지속적인 장기 보호
기계적 합금은 종종 장기간 공정이며 때로는 최대 48시간까지 지속될 수 있습니다. 아르곤 분위기는 이 긴 기간 동안 안정적인 환경을 유지하여 일관된 격리를 보장합니다.
재료 성능 저하 방지
이 격리의 주요 목표는 재료가 취성이 되는 것을 방지하는 것입니다. 산화물 및 질화물과 같은 불순물의 도입은 최종 소결 부품의 기계적 특성을 크게 저하시킵니다.
부적절한 보호의 위험
손상된 연성
보호 분위기가 실패하거나 사용되지 않으면 결과 합금은 불순물로 인한 취성으로 고통받게 됩니다. 이는 재료가 파손되기 쉽고 구조적 응용 분야에서의 유용성을 감소시킵니다.
오염된 합금 조성
Ti-25Nb-25Mo와 같은 정밀 합금의 경우 화학적 순도가 가장 중요합니다. 누출 또는 아르곤 부족은 분말의 화학적 구성을 변경하여 의도한 합금 사양에서 벗어나게 합니다.
합금 생산에서 재료 무결성 보장
고성능 티타늄 합금을 달성하려면 밀링 매개변수와 함께 분위기 제어를 우선시해야 합니다.
- 화학적 순도가 주요 초점인 경우: 산소 및 질소 함량을 엄격하게 제한하기 위해 밀링 병을 아르곤으로 완전히 밀봉하십시오.
- 기계적 성능이 주요 초점인 경우: 취성을 방지하고 최종 부품이 필요한 연성을 유지하도록 지속적인 불활성 분위기를 유지하십시오.
효과적인 분위기 제어는 기계적 합금 중에 티타늄 분말의 성능 저하를 방지하는 가장 중요한 요소입니다.
요약 표:
| 요인 | 공기 노출의 영향 | 아르곤 분위기의 이점 |
|---|---|---|
| 화학적 반응성 | Ti 표면의 빠른 산화 및 질화 | 불활성 환경으로 화학 반응 방지 |
| 재료 무결성 | 취성 증가 및 연성 손실 | 기계적 특성 및 연성 보존 |
| 분말 표면 | 밀링 중 신선한 표면 오염 | 새로 파쇄된 표면을 불순물로부터 보호 |
| 합금 정밀도 | 화학 조성의 편차 (예: Ti-Nb-Mo) | 엄격한 화학적 순도 및 사양 유지 |
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참고문헌
- Marwa Dahmani, Aleksei Obrosov. Structural and mechanical evaluation of a new Ti-Nb-Mo alloy produced by high-energy ball milling with variable milling time for biomedical applications. DOI: 10.1007/s00170-023-12650-0
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