개요 의 고순도 금속 분말
고순도 금속 분말은 산소, 질소, 탄소 및 기타 원소의 오염을 최소화하면서 미세한 입자 형태로 가공된 금속을 말합니다. 불순물 수준을 매우 낮게 유지하면 전자 도체, 자성 재료, 초합금, 용접 와이어와 같은 제품을 엄격하게 화학적으로 제어된 상태로 제조할 수 있습니다.
3D 프린팅부터 전자제품, 항공우주 부품에 이르기까지 다양한 분야에 적용됩니다. 일반적인 고순도 금속에는 니켈, 코발트, 구리, 알루미늄 합금은 물론 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈륨과 같은 내화성 금속이 포함됩니다. 원소 금속과 합금 원소가 추가된 마스터 합금은 모두 99%를 초과하는 순도 수준에서 보장됩니다.
고순도 금속 분말 유형
| 재질 | 순도 수준 | 생산 방법 | 특성 | 애플리케이션 |
|---|---|---|---|---|
| 니켈 | 최대 99.998% | 카보닐 공정 | 뛰어난 전도성, 자성 | 전자제품, 배터리 |
| 구리 | 최대 99.999% | 전기 분해 | 높은 전기 및 열 전도성 | 용접 전선, 전자 제품 |
| 코발트 | 최대 99.95% | 습식 야금 | 높은 온도에서도 강도 유지 | 절단 도구, 자석 |
| 텅스텐 | 최대 99.99% | 수소 감소 | 매우 높은 밀도, 강도 | 전구 필라멘트, 카운터 웨이트 |
| 탄탈륨 | 최대 99.997% | 전자빔 용융 | 뛰어난 내식성 | 커패시터, 의료용 임플란트 |
| 알루미늄 합금 | 최대 99.99% | 원자화 | 경량, 고강도 | 항공우주 부품, 자동차 |
고순도 금속 분말 생산 방법
순수 금속 분말을 생산하기 위한 주요 기술은 다음과 같습니다:
- 전기 분해: 구리, 아연, 니켈에 사용됩니다. 전기 도금은 음극에 순수한 금속을 증착하여 분말로 긁어냅니다.
- 카보닐 공정: Ni, Fe, Co에 사용. CO 가스를 사용하여 광석에서 금속을 휘발시킨 다음 분말로 분해합니다.
- 원자화: 알루미늄, 마그네슘, 티타늄 합금에 사용됩니다. 가스 또는 물 분무 시 용융 금속이 빠르게 응고되어 분말을 형성합니다.
- 수소 환원: W, Ta, Nb, Mo에 사용됩니다. H2 가스로 가열된 금속 산화물은 산소를 제거하여 순수한 분말을 남깁니다.
- 플라즈마 원자화: Ti, Zr과 같은 반응성 금속에 사용됩니다. 물 대신 플라즈마 가스를 사용하여 물과의 상호작용을 피할 수 있습니다.
- 전자빔 용융: Ti, Ta에 사용. 진공 상태에서 부양된 고순도 잉곳을 전자빔으로 녹인 후 챔버를 통해 떨어뜨려 빠르게 응고시킵니다.
고순도 금속 분말 특성
| 매개변수 | 세부 정보 | 측정 방법 |
|---|---|---|
| 입자 크기 분포 | 10㎛에서 150㎛까지 다양합니다. | 레이저 회절 입자 크기 분석기 |
| 파티클 모양 | 제작 기술에 따라 구형, 위성, 각진 형태 | SEM 이미징 |
| 밀도 | 벌크 재료의 이론적 밀도에 근접할 수 있습니다. | 가스 피크노메트리 |
| 순도 | 엄격한 프로세스 제어 및 취급을 통해 최대 99.999% 달성 | ICP-OES 화학 분석 |
| 불순물 요소 | 가장 흔한 오염 물질인 O, H, N, C | 연소 분석 후 적외선 감지 |
| 흐름 특성 | AM 기계의 주입성, 확산성 효과 | 홀 유량계 깔때기 테스트 |
고순도 금속 분말의 응용 분야
| 산업 | 애플리케이션 | 원하는 파우더 속성 |
|---|---|---|
| 적층 제조 | 3D 프린팅 최종 부품 | 흐름과 패킹이 양호한 10~45μm의 제어된 입자 크기 분포가 최적입니다. |
| 전자 제품 | 전도성 필름, 회로, RF 차폐 | 99.9% 이상의 고순도, 우수한 전도성, 플레이크 또는 수지상 분말이 필요할 수 있습니다. |
| 용접 전선 | 용접 강도 향상 | 100ppm 미만의 낮은 산소 함량 선호 |
| 다이아몬드 도구 | 코발트 바인더로 공구 수명 연장 | 높은 경도, 파손 없이 압축 하중을 견디는 능력 |
| 자석 | 잔류 유도 개선 | 소결용 희토류 금속과의 화학적 호환성 |
| 의료 기기 | 내식성, 생체 적합성 | 순도는 생물학적 반응을 일으킬 수 있는 금속 이온 침출을 방지하는 데 도움이 됩니다. |
고순도 금속 분말의 장점
고순도 금속 분말을 사용하면 가능합니다:
- 배치 간 화학 및 미세 구조의 일관성 향상
- 전기, 자기, 기계 및 부식 목표 달성
- 오염 위험 감소
- 엄격한 항공우주 및 의료 기기 표준 준수
- 제품 성능 및 수명 향상
- 파우더 비용 증가를 정당화하는 고부가가치 부품 생산
- 설계 유연성 - 필요에 따라 합금 비율과 파우더 속성을 맞춤 설정할 수 있습니다.
고순도 금속 분말의 도전 과제
| 난이도 | 완화 조치 |
|---|---|
| 더 높은 비용 | 기능의 영향이 프리미엄 가격을 정당화하는 경우에만 우선적으로 사용하고, 엄격한 재고 관리로 낭비를 최소화합니다. |
| 제한된 공급망 | 더 긴 리드 타임을 고려하여 생산 일정을 계획하고, 여러 공급업체를 검증합니다. |
| 수분 감도 | 진공 또는 불활성 가스 상태에서 분말을 보관하고, 유통 기한 만료 후 분해를 위해 배치를 재검증합니다. |
| 취급 시 주의사항 | 비자성 공구를 사용하여 철 오염을 제거하고 연삭 또는 가공 소스로부터 격리합니다. |
| 프로세스 제어 | 광범위한 파라미터 최적화, 측정 및 문서화를 수행하여 반복성을 보장합니다. |
고순도 금속 분말 가격 책정
적층 제조에 적합한 일반 등급과 고순도 니켈 분말의 비용 비교는 아래와 같습니다:
| 매개변수 | 일반 니켈 분말 | 고순도 니켈 분말 |
|---|---|---|
| 순도 | 98%-99% Ni | >99.95% Ni |
| 산소 함량 | 0.4% | <0.01% |
| 탄소 함량 | 0.1% | <0.02% |
| 유황 함량 | 0.01% | <0.005% |
| 입자 크기 | 15~45μm | 15~45μm |
| Kg당 비용 | $50 | $240 |
높은 비용에도 불구하고 항공우주와 같은 산업에서는 최종 적용 시 품질 문제를 방지하기 위해 프로토타입 제작 시에도 고순도 파우더만을 사용합니다.
고순도 금속 분말 공급업체
적층 제조와 같은 산업에 고순도 금속 분말을 제공하는 주요 공급업체는 다음과 같습니다:
| 회사 | 본사 위치 | 제공되는 자료 | 서비스 대상 시장 |
|---|---|---|---|
| 샌드빅 오스프리 | 스웨덴 | Ni, Co, Cu, Al, Ti 등 | 최종 사용 부품의 적층 제조 |
| AP&C | 캐나다 | Ti, Ta, Nb 합금 등 | 항공우주, 의료, 산업 |
| 카펜터 기술 | 미국 | Ni, Co, 기타 | 소비자 가전, 항공우주 |
| 프렉스에어 | 미국 | Ta, Nb, Mo 합금 | 커패시터, 합금제 |
| AMETEK | 미국 | Zr, Ti, W 합금 | 군사, 항공우주, 반도체 |
고순도 금속 분말 품질 표준
고순도 금속 분말과 관련된 주요 사양은 다음과 같습니다:
| 표준 | 범위 | 적용되는 매개변수 |
|---|---|---|
| ASTM B809 | 어닐링된 고순도 구리 분말 생산을 위한 표준 | 제조 방법, 화학 성분 한도 및 불순물, 입자 크기 분포, 샘플링을 관리합니다. |
| AMS-P-81748 | 적층 제조 공급 원료로 사용되는 Ni 분말 | 순도, 입자 속성, 권장 취급 및 처리 매개변수 |
| ASTM F3049 | 적층 제조 금속 분말의 특성 분석 가이드 | 분말 형태, 유량, 밀도, 재사용 가이드라인에 대한 테스트 절차 |
| ASTM F3056 | 적층 제조용 Ni 합금 분말 사양 | 화학 성분, 오염 한계, 입자 크기 분포, 로트 샘플링 |
이를 통해 항공우주, 의료, 전자 분야의 까다로운 애플리케이션에 적합한 반복 가능한 공급 원료를 보장할 수 있습니다.
고순도 파우더와 일반 파우더
| 매개변수 | 고순도 분말 | 일반 파우더 |
|---|---|---|
| 순도 | 최대 99.999%의 순수함 | 98-99% 범위 |
| 일관성 | 0.01% 이내로 엄격하게 제어되는 화학 물질 | 1-3% 배치마다 다를 수 있습니다. |
| 성능 | 엄격한 업계 표준 충족 | 신뢰할 수 없는 가변적 결과 |
| 가격 | 4배에서 10배까지 증가 | 킬로그램 또는 파운드당 비용 절감 |
| 리드 타임 | 재고 제한, 일반적으로 10~12주 후에 주문 가능 | 즉시 사용 가능 |
| 공급망 | 자격을 갖춘 단일 공급업체 | 여러 공급업체 옵션 |
| 애플리케이션 | 항공우주, 의료, 원자력, 전자제품 | 산업용 프로토타입, 교육용 빌드 |
따라서 고순도 분말은 상당한 가격 프리미엄이 있지만, 탁월한 일관성과 표준 준수로 인해 제품 성능이 분말 품질과 직접적인 상관관계가 있는 미션 크리티컬 애플리케이션에서 사용하는 것이 타당합니다.
자주 묻는 질문
| 질문 | 답변 |
|---|---|
| 금속 3D 프린팅 또는 적층 제조에 고순도 파우더가 중요한 이유는 무엇일까요? | 불순물은 국소 응고 속도를 변화시켜 다공성 또는 균열을 유발하여 기계적 고장을 일으킬 수 있습니다. 일관된 화학 및 미세 구조는 반복 가능한 재료 특성을 보장합니다. |
| 기존 금속 분말과 비교했을 때 어떻게 고순도 수준을 달성할 수 있을까요? | 진공 유도 용융, 불활성 가스 하에서의 분무와 같은 추가 공정 단계를 통해 생산 중 대기 오염을 방지할 수 있습니다. 아르곤 분위기에서 처리하면 습기나 산소 흡착을 방지할 수 있습니다. |
| 고순도 파우더가 더 나은 내식성을 제공하나요? | 예 - 오염 물질은 종종 우선적으로 부식되어 구멍을 뚫는 원인이 됩니다. 유황, 인, 실리콘과 같은 원소를 낮은 ppm 수준으로 줄이면 특히 산성 또는 염분 환경에서 내식성이 향상됩니다. |
| 파트를 프린트할 때 서로 다른 순도의 파우더를 혼합할 수 있나요? | 일반적으로 파우더는 서로 다른 화학 성분이 부정적으로 상호작용할 수 있으므로 혼합해서는 안 됩니다. 예외적으로 매트릭스 구성을 조정하기 위해 소량의 마스터 합금 분말을 혼합하는 경우는 예외로 할 수 있습니다. |
요약
산소, 질소 및 기타 불순물을 최소화한 고순도 금속 분말을 사용하면 엄격한 항공우주, 방위, 의료, 전자 및 원자력 응용 분야를 충족하는 부품을 제조할 수 있습니다. 원소 화학적 제어를 100ppm 미만으로 유지하면 신뢰할 수 있는 전기, 기계 및 부식 성능을 보장합니다. 일반적인 고순도 금속에는 니켈, 코발트, 알루미늄 합금 및 텅스텐이나 탄탈륨과 같은 내화성 금속이 포함됩니다. 단위 질량당 비용은 기존 분말보다 4배에서 10배 정도 높지만, 고순도 소재는 제품 품질이 원료부터 분말 품질과 직접적으로 연관되는 미션 크리티컬 부품에 필수적입니다. 순도가 99.999% 이상으로 지속적으로 향상됨에 따라 고순도 금속 분말은 전기 자동차, 우주선, 위성 및 의료 기기에 동력을 공급하는 차세대 부품을 가능하게 할 것입니다.
