귀금속 가공

귀금속은 광범위한 재료 특성과 부품을 폐기해야 하는 경우 높은 비용으로 인해 기계 가공이 특히 어려울 수 있습니다. 다음 기사에서는 이러한 원소와 그 합금을 소개하고 효과적이고 효율적으로 가공하는 방법에 대한 가이드를 제공합니다.

요소 정보

때때로 "귀금속"이라고 불리는 귀금속은 주기율표의 중앙에 있는 8개의 원소로 구성됩니다(아래 그림 1 참조). 8가지 금속은 다음과 같습니다.

1. 루테늄(Ru)
2. 로듐(Rh)
3. 팔라듐(Pd)
4. 실버(Ag)
5. 오스뮴(O)
6. 이리듐(Ir)
7. 플래티넘(백금)
8. 골드(Au)

이러한 요소는 지구상에서 가장 희귀한 재료 중 일부이므로 엄청나게 비쌀 수 있습니다. 금과 은은 순수한 덩어리 형태로 발견되어 보다 쉽게 ​​구할 수 있습니다. 그러나 다른 6가지 원소는 일반적으로 주기율표에서 아래에 있는 4가지 금속인 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)의 원시 광석에서 혼합되어 발견됩니다. 이러한 원소는 귀금속의 하위 집합이며 일반적으로 백금족 금속(PGM)이라고 합니다. 원광석에서 함께 발견되기 때문에 채광 및 추출이 어려워 비용이 크게 증가합니다. 높은 가격 때문에 이러한 재료를 처음부터 올바르게 가공하는 것은 작업장 효율성에 매우 중요합니다.

그림 1:파란색 상자에 8개의 귀금속이 있는 주기율표. 이미지 출처:clearscience.tumblr.com

귀금속의 기본 특성 및 구성

귀금속은 특징적으로 부드럽고 연성이며 산화 저항성이 있기 때문에 주목할만한 재료 특성을 가지고 있습니다. 그들은 대부분의 유형의 화학적 및 환경적 공격에 대한 내성 때문에 "귀금속"이라고 불립니다. 표 1은 원소 형태의 귀금속의 몇 가지 중요한 물질적 특성을 나열합니다. 비교를 위해 6061 Al 및 4140 Steel과 나란히 있습니다. 일반적으로 백금족 금속은 주로 백금(Ru, Rh, Pa, Os, Ir의 조성이 더 작음)으로 구성된 합금이므로 금과 은만 가장 순수한 형태로 사용됩니다. 귀금속은 밀도가 매우 높고 융점이 높아 다양한 용도에 적합합니다.

표 1:귀금속, 4140 강철 및 6061 알루미늄의 냉간 가공 재료 특성

귀금속의 일반적인 가공 응용 프로그램

은과 금은 열전도율과 전기저항이 특히 좋습니다. 이 값은 비교를 위해 CC1000(어닐링된 구리) 및 어닐링된 6061 알루미늄과 함께 표 2에 나열되어 있습니다. 구리는 상대적으로 낮은 전기 저항 때문에 전기 배선에 일반적으로 사용되지만 은이 더 나은 대안이 될 수 있습니다. 이것이 일반적인 관습이 아닌 분명한 이유는 은과 구리의 가격입니다. 즉, 구리는 장기간 사용 후 산화되는 경향이 있어 저항률이 낮아지기 때문에 일반적으로 전기 접촉 영역에서 금으로 도금됩니다. 앞서 언급했듯이 금과 기타 귀금속은 산화에 강한 것으로 알려져 있습니다. 이러한 내식성은 전자 산업의 음극 보호 시스템에 사용되는 주된 이유입니다.

표 2:Ag, Au, Cu 및 Al의 열전도율 및 전기 저항률

백금과 각각의 합금은 귀금속의 장점(높은 융점, 연성 및 내산화성)을 유지하면서 다양한 기계적 특성을 달성할 수 있기 때문에 가장 많은 응용 분야를 제공합니다. 표 3은 각각 고유한 기계적 특성을 가진 백금 및 기타 여러 PGM을 나열합니다. 이러한 특성의 변화는 백금에 추가되는 합금 원소, 합금 금속의 비율, 재료가 냉간 가공 또는 어닐링되었는지 여부에 따라 다릅니다. 합금은 재료의 인장 강도와 경도를 크게 높이는 동시에 연성을 감소시킬 수 있습니다. 연성 감소에 대한 인장 강도/경도 증가의 비율은 표 3에서 볼 수 있듯이 추가된 금속과 추가된 양에 따라 다릅니다. 일반적으로 이는 추가된 원소의 입자 크기와 자연적인 결정 구조에 따라 다릅니다. 루테늄과 오스뮴은 백금에 첨가될 때 상당한 경화 효과를 갖는 특정 결정 구조를 가지고 있습니다. 특히 Pt-Os 합금은 극도로 단단하고 실질적으로 가공할 수 없어 실제 적용 분야가 많지 않습니다. 그러나 백금에 다른 4개의 PGM을 추가하면 다양한 용도로 다양한 기계적 특성을 얻을 수 있습니다.

표 3:PGM 재료 속성(참고:경도 및 인장 강도는 냉간 가공 값임)

백금과 그 합금은 생체 적합성이 있어 부작용이나 중독을 일으키지 않고 장기간 인체에 넣어둘 수 있습니다. 따라서 심장 근육 나사 고정 장치, 스텐트, 혈관 성형 장치용 마커 밴드를 포함한 의료 기기는 백금과 그 합금으로 만들어집니다. 금과 팔라듐은 치과용으로도 흔히 사용됩니다.

Pt-Ir 합금은 다른 어떤 합금보다 눈에 띄게 단단하고 강하며 자동차 산업에서 점화 플러그용으로 우수한 헤드를 만듭니다. 로듐은 때때로 Pt-Ir 합금에 첨가되어 소재를 덜 탄력 있게 만드는 동시에(의료용 스프링 와이어로 사용되기 때문에) 작업성을 증가시킵니다. Pt 및 Pt-Rh 와이어 쌍은 온도 측정에 매우 효과적이므로 열전대에 사용됩니다.

귀금속 가공

가공 시 가장 큰 영향을 미치는 두 가지 매개변수는 경도와 연신율입니다. 경도는 변형 또는 절단에 대한 재료의 저항성을 나타내기 때문에 제조 산업 전반의 기계공과 엔지니어에게 잘 알려져 있습니다. 연신율은 재료 연성을 정량화하는 데 사용되는 측정입니다. 이는 설계자에게 구조물이 파괴되기 전에 소성(영구적으로) 변형되는 정도를 나타냅니다. 예를 들어, 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)과 같은 연성 플라스틱의 연신율은 350-525%인 반면 오일 담금질 및 강화 주철(등급 120-90-02)과 같은 더 부서지기 쉬운 재료는 연신율이 350-525%입니다. 약 2%의 연신율. 따라서 연신율이 높을수록 재료의 "끈적임"이 커집니다. 고무 같은 재료는 구성인선이 생기기 쉽고 길고 가느다란 칩이 생성되는 경향이 있습니다.

귀금속용 도구

재료 연성은 귀금속 절단에 필수적인 날카로운 절단 도구입니다. 알루미늄 합금 도구용 가변 나선은 순금, 은, 백금과 같은 부드러운 재료에 사용할 수 있습니다.

그림 2:알루미늄 합금용 가변 나선 사각 엔드밀

더 높은 경도의 재료는 여전히 날카로운 절삭날이 필요합니다. 따라서 최선의 선택은 PCD 다이아몬드 도구에 투자하는 것입니다. PCD 웨이퍼는 표준 HSS 및 카바이드 절삭날에 비해 상대적으로 긴 시간 동안 날카로운 절삭날을 유지하면서 매우 단단한 재료를 절삭할 수 있는 능력이 있습니다.

그림 3:PCD 다이아몬드 스퀘어 엔드밀

속도 및 피드 차트:

그림 4:정사각형 비철금속, 3x LOC 사용 시 귀금속의 속도 및 이송

그림 5:2날 스퀘어 PCD 엔드밀 사용 시 귀금속의 속도 및 이송