Research on Tungsten Alloy Rings Using 3D Powder Pressing Molding Technology

최근 귀금속 주얼리 가격의 지속적인 상승과 소비트렌드의 변화에 따라, 고경도⋅고내구성을 갖춘 대체 소재에 대한 관심이 확대되고 있다. 특히 텅스텐 합금은 은백색 금속 광택과 높은 경도, 우수한 내마모성 및 상온 산화 저항성 등의 특성을 바탕으로 장신구 소재로서 활용 가능성이 주목받고 있다. 그러나 텅스텐은 높은 융점과 가공 난이도로 인해 기존 절삭 가공방식만으로는 정밀 형상 구현과 생산 효율 확보에 한계가 있다. 이에 본 연구는 WC–Co계 텅스텐 합금 분말을 원료로 하여 3D 분말 프레스 성형 공정을 적용한 텅스텐 합금 반지 제조 공정을 확립하고, 공정 조건에 따른 성형성과 소결 특성을 분석하는 것을 목적으로 하였다. 분말 혼합 단계에서는 분말 중량 대비 2%의 52호 고형 파라핀을 바인더로 첨가하고, 바인더 중량 대비 10%의 분산제를 투입하여 균질 혼합하였다. 혼합분말은 용융 교반 후 용매를 제거하고, 85℃ 진공 건조 오븐에서 24시간 건조하였다. 이후 프레스 성형을 통해 반지 형상의 성형체를 제조하고, 단계적 탈지 공정을 거쳐 진공 소결로에서 1420℃ 이상, 약 4시간 동안 소결을 실시하였다. 실험 결과, 상기 조건에서 균열 및 치수 변형이 없는 반지 형상의 성형체 제조가 가능하였으며, 1420∼1450℃ 범위에서 안정적인 치밀화 거동이 나타났다. 또한 근접 형상 성형을 통해 절삭 가공량을 최소화하고 재료 이용률을 향상시킬 수 있음을 확인하였다. 반면, 소결 조건과 분말 특성에 따라 표면 미세 균열이 발생하는 경향이 관찰되어 공정 변수의 정밀 제어가 필요함을 확인하였다. 종합적으로 본 연구는 3D 분말 프레스 성형 공정이 텅스텐 합금 반지 제조에 있어 형상 구현성과 생산 효율성을 동시에 확보할 수 있는 유효한 제조 방법임을 제시하며, 향후 소결 안정성 향상과 형상 자유도 확대를 위한 공정 최적화 연구의 필요성을 제안한다.