• 본 특허는 아크 용융법(arc-melting)과 RF(고주파) 플라즈마 처리 과정 등을 통해 구형의 코어(core) 분말을 제조하고, 제조된 분말 표면에 몰리브덴(Mo) 나노 입자를 코팅하여 코어-쉘(core-shell) 형태의 구형 초내열합금의 금속간화합물 분말을 제조하는 방법에 관한 기술임

• 본 특허는 초내열합금의 금속간화합물 분말을 제조하는 기술로 고내열성이 필요한 부품에 적용 가능함

∨브레이크 디스크                   ∨내연 기관의 피스톤 연결 로드 등

∨3D 프린트용 금속분말 소재     ∨발열체, 금속성형용금형, 고온용 볼트/넛트

                             <브레이크 디스크>                                                        <피스톤 연결 로드>

• 내산화성과 고온 강도의 안정성을 가진 3D 프린트용 구형 분말을 제조하기 위해 초고온에서의 안정성을 갖는 분말 제조 기술의 개발이 필요함

• 초고온에서 견딜 수 있는 금속화합물 분말을 두 번의 RF 플라즈마 처리를 통해 구형화 함으로써 1400℃ 이상 견디는 초내열합금의 금속간화합물의 구형화 분말을 구현함

• 본 특허에 따른 구형 초내열합금의 금속간화학물 분말의 제조 방법은 아래 그림과 같이 진행됨

• 먼저 아크 용융법을 통하여 일정량의 몰리브덴(Mo), 규소(Si) 및 붕소(B)를 1400℃ 이상의 온도로 가열하여 녹여서 초내열합금의 금속간화합물 잉곳을 제조함

• 이후 잉곳을 분쇄하고 입자를 크기별로 분류한 다음 1차 RF(고주파) 플라즈마로 분말의 표면을 녹여서 코어(core)를 구형화 시킴

• 구형화된 코어(core) 분말을 25~45㎛의 입자 크기로 분류한 뒤, 산화몰리브덴 (MoO3)의 쉘로 코팅하고, 쉘이 형성된 분말은 가열하여 몰리브덴(Mo)으로 환원시킴

• 다음으로, 2차 RF 플라즈마 처리를 통해 몰리브덴(Mo) 나노 입자가 둘러싸인 최종코어-쉘(core-shell) 형태의 분말을 제조하며, 최종적으로 코어(core)는 고온안정성의 금속화합물을 포함하고 쉘(shell)은 몰리브덴(Mo)을 포함하는 코어-쉘 형태의 구형 초내열합금 금속간화합물 분말이 제조됨

         < 구형 초내열합금의 금속간화합물분말의 제조방법 순서도 >                    < 공기가열기에 장착된 보강 구조체 >

• 금속분말을 제조하는 방법은 크게 벌크금속의 기계적 파쇄기술, 용융금속의 분사기술, 그리고, 액상과 기상 용액에서의 석출기술로 구분됨

• 가스 분무 공정은 구상 금속 및 금속합금 분말을 합성하는 일반적인 공정기법으로, 최근의 기술동향은 크게 순도를 제어하기 위한 장치기술과 입도제어를 위한 장치기술이 주를 이루고 있으며, 용탕/도가니 사이의 반응을 제어하기 위해서 냉각 도가니를 이용하기도 함

• 본 특허에 사용된 고온 플라즈마를 이용한 구상화 기술은 고밀도 에너지원인 열플라즈마를 이용해서 비정형 고상분말의 형상을 구형화하는 기술로 고융점 금속과 활성금속의 구형화에 적합한 특성을 가지며, 구상화 과정 중에 정련현상이 동시에 구현될 수 있음

             < 금속 3D 프린팅용 금속 소재의 시장 규모 예측 >

• 금속 3D프린팅 기술은 금속소재 및 이를 포함하는 복합소재를 기반으로 하며, 원소재의 적층으로 금속소재의 대상품을 제조하는 기술임

• 금형과 같이 양산 제조공정에 적용되거나 부품의 직접 제조에 활용되며 복잡한 형상의 제품 내부 뿐 아니라 속이 빈 형상 등을 구현할 수 있고 경량화가 가능한 장점이 있어 지속적인 시장 성장이 예상됨

• 전체 금속분말 관련 시장은 2020년 기준 약 927백만 달러 규모로, 연간 28.6%의 성장률이 예상되고 있음

• 본 특허에 따른 구형 초내열합금의 금속간화합물 분말 제조기술은 국방, 우주, 항공 등의 분야에서 고온, 고압, 부식과 같은 극한 환경에 노출되는 기계부품 제조를 위한 고부가가치 3D프린팅용 금속분말 소재 제작에 활용될 수 있으며 관련 시장 성장 전망에 따라 지속적인 성장이 예상됨

< 금속분말 시장 예측 >