금속분

금속분 (Metal powder)은 금속을 미세한 입자 형태로 만든 물질을 의미한다. 일반적으로 입자 크기가 1mm 이하인 금속 입자들의 집합체로 정의되며, 다양한 합금 성분이나 비금속 물질이 혼합된 형태를 포함하기도 한다. 금속분은 그 제조 방법, 화학 조성, 입자 크기, 형태, 표면 특성 등에 따라 다양한 성질을 나타내며, 이러한 성질은 금속분의 응용 분야에 큰 영향을 미친다.

제조 방법

금속분은 다양한 방법을 통해 제조될 수 있으며, 대표적인 방법은 다음과 같다.

• 기계적 분쇄법: 기계적인 힘을 이용하여 금속을 분쇄하는 방법이다. 볼 밀, 해머 밀 등 다양한 분쇄 장치가 사용된다. 제조 비용이 저렴하지만, 입자 크기 조절이 어렵고 불규칙한 형태의 입자가 생성될 수 있다.
• 기상법: 금속을 증발시킨 후 응축시켜 미세한 입자를 얻는 방법이다. 고순도의 금속분을 얻을 수 있지만, 제조 비용이 높은 편이다.
• 화학적 환원법: 금속 화합물을 화학적으로 환원시켜 금속 입자를 얻는 방법이다. 입자 크기 및 형태 조절이 비교적 용이하다.
• 전해법: 금속 이온을 전기분해하여 금속을 석출시키는 방법이다. 순도가 높고 균일한 입자 크기의 금속분을 얻을 수 있다.
• 가스 아토마이징: 용융된 금속에 고압의 가스를 분사하여 미세한 입자로 분사시키는 방법이다. 구형의 입자를 대량으로 생산할 수 있다.
• 수 아토마이징: 용융된 금속에 고압의 물을 분사하여 미세한 입자로 분사시키는 방법이다. 가스 아토마이징에 비해 냉각 속도가 빠르다.

특성

금속분의 특성은 다음과 같은 요소에 따라 달라진다.

• 입자 크기: 입자 크기가 작을수록 표면적이 증가하고, 반응성이 높아진다. 또한 소결 성형 시 더 높은 밀도를 얻을 수 있다.
• 입자 형태: 구형, 불규칙형, 플레이크형 등 다양한 형태가 존재하며, 형태에 따라 유동성, 충전 밀도, 소결 특성 등이 달라진다.
• 화학 조성: 금속분의 화학 조성은 최종 제품의 물성에 직접적인 영향을 미친다. 합금 성분의 비율에 따라 강도, 내식성, 열적 특성 등이 변화한다.
• 표면 특성: 금속분 표면의 산화막이나 흡착된 물질은 소결 과정에 영향을 미치고, 최종 제품의 특성을 변화시킬 수 있다.

응용 분야

금속분은 다양한 산업 분야에서 활용된다.

• 분말 야금: 금속분을 압축 성형 후 고온에서 소결하여 부품을 제조하는 방법이다. 복잡한 형상의 부품을 정밀하게 제조할 수 있으며, 재료의 낭비를 줄일 수 있다.
• 금속 사출 성형 (MIM): 금속분과 바인더를 혼합하여 사출 성형한 후, 탈지 및 소결 과정을 거쳐 부품을 제조하는 방법이다. 복잡하고 정밀한 소형 부품을 대량 생산하는 데 적합하다.
• 적층 제조 (3D 프린팅): 금속분을 레이저 또는 전자빔으로 용융시켜 층층이 쌓아 3차원 형상을 만드는 방법이다. 복잡한 형상 또는 맞춤형 부품을 제작하는 데 활용된다.
• 코팅: 금속분을 사용하여 표면 코팅을 형성하여 내식성, 내마모성, 열 저항성 등의 특성을 향상시킬 수 있다.
• 전자 재료: 금속분은 전도성 페이스트, 전극 재료, 자성 재료 등 다양한 전자 재료에 사용된다.
• 촉매: 금속분은 화학 반응의 촉매로 사용되어 반응 속도를 높이거나 선택성을 향상시킨다.

주의 사항

금속분은 미세한 입자 형태로 존재하기 때문에 화재 및 폭발의 위험성이 존재한다. 특히 활성 금속 분말 (알루미늄, 마그네슘 등)은 공기 중에서 쉽게 산화되어 발화할 수 있으므로 취급에 주의해야 한다. 또한, 금속분 흡입은 건강에 해로울 수 있으므로 적절한 보호 장비를 착용하고 환기가 잘 되는 환경에서 작업해야 한다.