[기계안전기술사] 문제풀이 2025년 135-2-3 분말야금(Powder metallurgy)법

3. 분말야금(Powder metallurgy)법에 대하여 설명하시오.

문제해설
1. 분말야금법(PM)
1) 개요
(1) 금속분말 또는 합금분말 등을 이용하여 압축 성형(compacting) 한 후, 용융온도 이하에서 소결(sintering)하여 금속제품을 만드는 기술을 말함
(2) 분말야금법은 고압으로 압축하여 제품을 생산하는 압축 성형법과 압력 및 융점 이하의 열을 동시에 가하는 고온 가압 성형법이 있음
(3) 주조, 단조 및 기계가공에 의한 제품에 비하여 강도, 경도, 내마모성 등이 우수하고, 정밀도 가 높기 때문에 특별히 고정밀도를 요하는 제품이 아니면 일반적으로 기계가공을 하지 않음

2) 분말야금 제조 특징 (*암기* 절제융다다)
① 절삭가공을 생략할 수 있다.
분말을 압축하여 최종제품에 가까운 모양으로 성형하면 절삭가공은 거의 필요가 없다.ex)기어
철제 소결부품의 경우 소결 후 침탄하여 표면층을 경화할 수 있다.
② 제조과정에서 융점까지 온도를 올릴 필요가 없다.
W나 Mo같은 고융점 금속의 부품제조에 적합하다. 이러한 재료들은 융점이 2500°C를 넘어 보통의 용해 주조는 어렵다.
분말야금으로 융점의 2/3 정도온도로 소결 가능하다.
③ 융해법으로 만들수 없는 합금을 만들수 있다.
서로 융합하지 않는 금속은 같이 녹여도 2층으로 분리되나 분말로 혼합하여 소결하면 결합한다. W-Ag, W-Cu는 전기접점재료로 쓰이며 Cu-c는 전기브러시재료로 쓰인다.
④ 다공질의 금속재료를 만들수 있다.
소결온도와 시간을 적당히 선정하면 여러가지 가공율을 갖는 다른 재료를 만들수 있어 필터(filter)나 오일 함유베어링에 제조에 사용할수 있다.
⑤ 다른방법으로 형상을 만들수 없는 금속재료도 분말야금으로 제조할 수 있다.
ex) 백열등의 텅스텐 필라멘트를 PM법으로 만든다.

3) 분말야금 장 단점
1) 장점
① 고융점 재료 제조
② 순수한 금속의 제조
③ 성분비의 정확성과 균일성 달성
④ 용융법에서 2개 이상의 금속 또는 비금속이 혼합되지 않는 조성에서도 혼합한 조성의 제품 제조 가능
2) 단점
① 금속분말의 순도와 생산방법에 따라 최종제품에 미치는 영향이 크다
② 큰 제품을 가압할 때 고가의 프레스기가 필요하며, 제품의 크기에 제한을 받는다
③ 작은 제품의 경우에도 경제성을 고려하면 대량생산이 필요하다.
④ 금속분말의 저장과 취급이 어렵다(금속분말은 산화가 되기 쉽다)

① 혼합 = 조합 (blending)
순금속, 합금 및 비금속 분말은 기계적, 물리적 및 화학적 방법으로 제조하며, 성형성 및 소결성 향상을 위해 분말에 성형 윤활제 및 소결제 등을 첨가하여 혼합한다
② 성형 = 압축 (compacting)
성형은 금형내에 분말을 넣은 뒤 외부에서 압력을 가하는 가압성형과 비가압성형으로 구분된다.
요구되는 최종 제품의 형상, 치수 및 특성에 따라 각각 적절한 성형방법을 선택하여 제조한다.
③ 소결 (sintering)
소결은 성형제 내 분말들을 결합시키고 기공을 제거하는 조밀화 과정이다.
상압소결은 성형체를 외부 압력 없이 소결로 내에서 가열한다.
가압성형은 성형 및 소결을 동시에 진행하여 조밀화 과정이며, 저온소결 및 소결시간단축의 장점이 있다.