용융 금속이 공기에 노출되면 질소 및 수소와 같은 가스가 용해되어 냉각 시 다공성, 질화물 및 수화물과 같은 결함이 발생할 수 있습니다.이러한 결함은 금속의 구조적 무결성, 밀도 및 기계적 특성을 손상시킵니다.이를 완화하기 위해 다음과 같은 특수 용광로 제어 분위기 용광로 또는 진공 주조로를 사용하여 가스 오염을 최소화하는 환경을 조성하여 최종 제품의 순도와 성능을 높입니다.
핵심 포인트 설명:
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용융 금속에 용해되는 기체
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질소(N₂):
- 고온에서 용해되어 질화물(예: 강철의 질화철)을 형성합니다.
- 취성을 유발하고 연성을 감소시킵니다.
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수소(H₂):
- 용융 금속에 잘 녹아 냉각 시 다공성(기포)을 유발합니다.
- 수소 취성을 유발하여 금속을 약화시킵니다.
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산소(O₂):
- 용해도는 낮지만 금속과 반응하여 산화물(예: 산화알루미늄)을 형성하여 내포물을 생성합니다.
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질소(N₂):
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용존 가스로 인해 발생하는 결함
- 다공성: 고형화 과정에서 갇힌 기포는 밀도와 기계적 강도를 감소시킵니다.
- 질화물/하이드레이트: 부서지기 쉬운 화합물이 형성되어 금속에 균열이 생기기 쉽습니다.
- 산화물 내포물: 비금속 불순물은 표면 마감과 내마모성을 저하시킵니다.
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완화 전략
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제어된 분위기 용광로:
- 가스 흡수를 방지하기 위해 공기를 불활성 가스(아르곤, 헬륨) 또는 환원 분위기(수소-질소 혼합물)로 교체합니다.
- 가스-금속 반응이 바람직하지 않은 소결이나 열처리와 같은 공정에 필수적입니다.
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진공 용융/주조:
- 모든 대기 가스를 제거하여 고순도 합금(예: 항공우주 부품)에 이상적입니다.
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플럭싱/가스 제거:
- 화학 플럭스(예: 염화물)는 가스를 흡수하고 진공 가스 제거는 용존 수소를 제거합니다.
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제어된 분위기 용광로:
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산업별 시사점
- 파운드리: 수소로 인한 다공성은 X-선 단층 촬영과 같은 주조 후 검사가 필요합니다.
- 치과/의료용 합금: 제어된 분위기는 기기의 생체 적합성과 정밀성을 보장합니다.
- 고성능 합금: 항공우주 및 자동차 분야에서는 질화물로 인한 고장을 방지하기 위해 진공로에 의존합니다.
제조업체는 이러한 상호 작용을 이해함으로써 올바른 장비(예를 들어 제어 대기 용광로 ) 및 공정을 통해 결함을 최소화하여 최적의 재료 성능을 보장합니다.
요약 표:
| 가스 | 결함 원인 | 완화 전략 |
|---|---|---|
| 질소(N₂) | 질화물, 취성 | 제어된 대기 용광로 |
| 수소(H₂) | 다공성, 취성 | 진공 용융, 가스 제거 |
| 산소(O₂) | 산화물 포함 | 플럭싱, 불활성 가스 환경 |
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