탄소

Dec 13, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 17850(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

본 논문에서는 물로 원자화된 철 분말의 소결 보조제로 사용되는 철 나노분말에 탄소 코팅이 미치는 영향을 조사합니다. 이러한 코팅이 없는 철 나노분말은 탄소 코팅의 영향을 분리하기 위한 기준 소결 보조제로 사용되었습니다. XPS와 HRTEM을 사용하여 두 가지 나노분말 변형을 특성화했습니다. 결과는 두 변형 모두에 대한 코어-쉘 구조를 보여주었습니다. 철 나노분말은 3~4nm 두께의 산화철 층으로 덮여 있으며, 탄소 코팅된 철 나노분말은 여러 나노미터 탄소 층으로 캡슐화되어 있습니다. 순수 수소 환경에서 수행된 열중량 분석은 탄소 코팅된 철 나노분말에 대해 다중 피크 거동을 보여주는 반면, 철 나노분말에 대해서는 단일 피크 거동이 관찰됩니다. 나노분말과 물로 원자화된 철 분말을 혼합하여 두 가지 유형의 마이크로/나노이형 분말을 얻었다. 탄소 코팅된 철 나노분말을 첨가하면 소결 중에 선형 수축이 개선되는 것이 관찰되었습니다. 이는 탄소 코팅으로 인해 나노분말의 표면 확산이 감소하여 나노분말이 더 높은 온도에서 소결되고 치밀화가 향상되는 것으로 설명할 수 있습니다. 탄소 및 산소 분석, 밀도 측정, 광학 현미경 및 JMatPro 계산도 수행되었습니다.

프레스 및 소결은 단축 압축과 같은 성형 기술을 사용하여 금속 분말을 필요한 형상으로 가공한 후 압축 재료를 소결하여 적용에 유용하게 만드는 분말 야금(PM) 제조 경로입니다. 소결하는 동안 부품이 가열되어 금속 입자가 서로 결합되어 필요한 강도가 부여됩니다. 획득된 강도는 부품의 밀도에 비례합니다1. 따라서 PM 부품의 특성을 개선하고 응용 범위를 넓히기 위해서는 밀도를 향상시키는 것이 필수적입니다. 밀도는 소결 보조제를 추가하는 등 다양한 방법으로 향상될 수 있습니다. 나노분말은 소결 보조제 중 하나이며 소결에 필요한 활성화 에너지를 낮추는 것으로 알려져 있습니다2,3. 나노분말의 첨가는 금속 사출 성형(MIM) 분야에서 연구되었으며 향상된 특성이 관찰되었습니다4.

나노입자는 독특한 크기 의존적 특성을 가지고 있는데, 이는 카운터벌크 물질5,6과 비교하여 이러한 물질의 표면에 존재하는 원자의 큰 부분에 기인합니다. 이러한 고유한 특성은 화학 분석, 마이크로 전자 공학, 생물학적 센서 및 기타 기능 응용 분야의 응용 분야에 활용되었습니다7,8. 그러나 나노입자가 이러한 응용 분야에 유용하려면 안정적으로 유지되고 크기를 유지하는 것이 중요합니다. 표면 대 부피 비율이 크기 때문에 표면 에너지가 초과됩니다. 따라서 이들은 응집되는 경향이 강하여 가공성에 큰 변화를 가져옵니다. 나노분말은 탄소로 코팅될 수 있으며, 이는 응집과 유착에 대해 나노입자를 안정화시킵니다. 탄소 코팅된 철 나노분말은 자기 데이터 저장, 건식 인쇄의 자기 토너, 자기 공명 영상의 조영제, 촉매 지지체, 약물 및 유전자 전달 시스템과 같은 응용 분야에 사용되었습니다9,10,11,12,13. 또한 탄소 코팅은 소결강의 압입된 최종 조성을 설정하기 위해 별도로 추가해야 하는 탄소 공급원을 제공합니다14.

이전 연구에서 저자들은 물로 원자화된 철분말에 소결 보조제로 순수한 철 나노분말을 첨가하는 방법을 연구했습니다. 소결 곡선은 이러한 마이크로/나노 이중 모드 분말 압축물의 소결 거동에 대한 나노분말 첨가의 현저한 영향을 나타냅니다. 온도 증가에 따른 소결 목의 발달을 추적하기 위해 간헐적인 온도에서 수행된 소결 실험과 후속적인 압축물의 파쇄 분석을 통해 마이크로미터의 소결 시작보다 낮은 600°C 정도의 낮은 온도에서 나노분말의 소결이 밝혀졌습니다. 크기의 베이스 파우더. 그러나, 소결조제로 철나노분말을 첨가함에 따라 물분사 철분말의 선형수축률은 개선되었으나, 추가적인 개선이 필요하다. 이는 현재 사용되지 않고 향상된 성능이 필요한 영역에서 거의 전체 밀도 프레스 및 소결 PM 부품을 적용할 수 있도록 하기 위한 것입니다. 거의 전체 밀도를 달성하기 위해 열간 등압 성형(HIP)이 사용됩니다. 캡슐 없는 HIP를 활성화하려면 폐쇄형 다공성(95% 이론 밀도) 또는 거의 폐쇄된 다공성이 필요합니다. 이 연구는 물로 원자화된 철분말에서 폐쇄 다공성을 달성하기 위한 소결 보조제로 나노분말을 사용하는 효능을 측정하기 위한 더 큰 틀의 일부입니다.