KR0136182B1 - 강하금속복합재료의 제조방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 강화금속 복합재료를 제조하기 위한 종래의 용탕단조법에 있어서, 예비성형체의 높이를 부피조절용 지그(JIG)에 의하여 미리 조정하고, 높이가 조정된 예비성형체를 이 지그에 넣은채 금형내에 수납하여 용탕단조하는 것을 특징으로 하는, 강화금속복합재료 제조방법으로서, 이때 부피조절용 지그는 하부지지판(12)상부에 기둥(14)이 세워지고 이 기둥에 의하여 상판(11)이 높이 조절이 가능하도록 지지되어져 있으며, 상판에는 지름이 1.5-2mm인 구멍이 1cm²당 4-9개 형성되어져 있는 것이다.

Description

강화금속복합재료의 제조방법 및 그 장치

제1도는 예비성형체 제조장치의 단면도.

제2도는 종래의 용탕단조용 금형의 단면도.

제3도는 부피분을 조정용 지그(Jig).

제4도는 Al₂O₃/AC8A 복합재료의 부피분을별 미세조직의 사진.

제5도는 SiCp/AC8A 복합재료의 미세조직(부피분을 30%)의 사진.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1:아크릴제 주형2:혼합액

3:여과지4:진공흡입구

5:가압펀치6:금형

7:용탕주입구8:금속용탕

9:예비성형체10:하부플러그

11:상판12:하부지지판

13:부피조절용 너트14:기둥

본 발명은 단섬유에 의해 강화된 금속복합재료의 제조방법 및 그 장치에 관한 것이다.

연한 금속기지에 단단한 세라믹 강화재(단섬유, 휘스커, 입자 등)를 분산시키면 상호간에 약점이 분산되어 인장강도, 탄성률 등이 우수한 금속복합재료를 얻을 수 있다.

종래, 이와같은 복합재료를 제조하는 방법으로서, 용탕 단조법, 콤포캐스팅(compocasting) 또는 분말 야금법 등이 사용되어져 왔으나 근래에는 효율성 및 사용의 간편성 등으로 인하여 용탕단조법이 주로 사용되고 있다.

종래의 용탕단조법에 의하여 강하금속복합재료를 제조하는 방법은 일본 공개특허공보 소 63-12865호에 개시된 바와같이 다음의 세가지 단계로 이루어진다.

첫째단계:용매와 바인더가 첨가된 세라믹 강화재를 첨가하여 혼합시키고, 제1도에 도시된 바와같이 이 혼합액(2)을 원하는 형상의 주형(1)에 충진시킨후, 이로부터 용매를 제거하여 예비성형체를 제조하는 단계. 제1도에서 (3)은 여과지 그리고 (4)는 진공흡입구이다.

둘째단계:전단계에서 제조된 예비성형체를 제2도의 용탕단조장치에 장입한후 소정의 온도를 유지시키는 단계.

세째단계:제2도에 도시된 바와같이 예비성형체(9)가 장입된 용탕단조장치의 금형(6)에 주입구(7)를 통하여 금속용탕(8)을 주입하고 가압펀치(5)로 가압하여 예비성형체(9)중에 용탕을 함침시켜 금속복합재료를 제조하는 단계.

상술한 바와같은 종래의 용탕단조법에 의하면, 금속복합재료의 제조는 가능하지만 금속복합재료의 물성을 좌우하는 강화제의 부피분율을 제어할 수 없다는 문제점이 있다. 즉, 세라믹 단섬유를 이용하여 통상의 제조방법으로 예비성형체를 제조하면 전체 복합재료에 대한 세라믹 강화재의 부피분율이 15% 정도가 되는데, 이에 금속용탕을 주입 가압하면 예비성형체의 높이가 줄어들면서 상대적으로 전체 복합재료에 대한 세라믹 강화재의 부피분율이 초기의 15%로부터 증가하게 된다. 따라서, 종래의 용탕단조법은 이와같이 금속용탕의 주입가압에 따라 예비성형체의 높이가 줄어들면서 전체 복합재료에 대한 세라믹 강화재의 부피분율이 상대적으로 증가하기 때문에 그 증가되는 강화재의 부피분율을 원하는 정도에 맞추어 조절하는 데는 어려움이 많았다.

한편, 종래의 용탕단조법에 있어서, 제2도의 금형(6)내에 장입된 예비성형체(9)에 금속용탕(8)을 주입한 후 가압하면, 그 압력으로 인하여 예비성형체(9)가 변형을 일으키게 되고, 또한 변형 도중에 예비성형체(9)에 균열이 생겨 물성이 떨어지는 문제점이 발생하였다.

본 발명은 이와같은 종래의 용탕단조법의 문제점을 해결하기 위하여 안출되는 것으로, 예비성형체의 높이를 일정형태로 조정할 수 있도록 하여 금속 복합재료의 물성을 좌우하는 세라믹 강화재의 부피분율을 제어하고, 나아가 예비성형체의 변형을 방지할 수 있는, 강화금속복합재료의 제조방법 및 그 장치를 제공함을 목적으로 한다.

본 발명은 강화금속 복합재료를 제조하기 위한 종래의 용탕단조법에 있어서, 예비성형체의 높이를 부피조정용 지그(JIG)에 의하여 미리 조정하고, 용탕단조시에 예비성형체를 이 지그(JIG)에 넣은채 금형내에 수납되도록 하는 것을 특징으로 하는 금속복합재료의 제조방법이다.

한편, 본 발명에 사용되는 지그(JIG)는 하부지지판, 상판 그리고 기둥으로 구성된 것으로서 제3도에서 보듯이, 하부지지판(12) 상부에 기둥(14)이 세워지고, 이기둥에 의하여 상판(11)이 높이조절이 가능하도록 지지되어져 있는 것으로, 상판에는 지름이 1.5-2mm인 구멍이 1cm²당 4-9개 형성되어져 있으며, 하부지지판에도 지름이 1.5-2mm인 반구체의 홈이 1cm²당 4-9개 형성되어져 있는 것이다.

본 발명에 있어서, 지그는 예비성형체의 높이를 조정하여 부피분율을 사전에 제어함과 동시에, 이 지그에 예비성형체를 넣은 채 금형내에 수납되도록하면, 금속 용탕이 금형내에 주입되어 압축될때 예비성형체가 용탕으로부터 직접적인 압력을 받지 않도록 함으로써, 예비성형체가 변형되거나 균열을 일으키는 것을 방지하는 구실을 한다.

예비성형체는 물성이 매우 유연하기 때문에 지그에 넣어 상판을 누름으로써 예비성형체의 높이를 조절할 수 있으며, 일단 높이가 조절되면 기둥에 부착된 볼트와 너트 등에 의하여 상판을 일정높이로 고정시킴으로서 부피 분율을 15%-40%가지 자유로이 제어할 수 있다. 예를들면, 부피분율이 15%인 경우에 하부지지대(12)에서 상판(11)까지의 높이가 5cm이면, 부피분율 20%일때에는 3.75cm, 25%일때에는 3cm, 30%일때에는 2.5cm 등으로 조절하면 된다.

한편, 지그의 상판에는 지름이 1.5-2mm인 구멍이 1cm²당 4-9개 형성되어져 있는데, 이 구멍을 통하여 금속용탕이 예비성형체에 침투하게 된다. 이 구멍의 지름이 1.5mm보다 작거나, 구멍의 갯수가 1cm²당 4개보다 적으면, 용탕이 예비성형체에 제대로 골고루 침투할수 없게 되며, 구멍의 지름이 2mm보다 크거나, 구멍의 갯수가 1cm²당 9개보다 많으면, 제조도중에 예비성형체가 변형되거나 균열을 일으킬 가능성이 있다.

하부지지대에도 지름 1.5-2mm의 반구체의 홈이 형성되어져 있는데, 이는 용탕의 압축시, 예비성형체에 포함되어져 있는 가스가 압출되어 나올때 이를 수집할 수 있도록 하여 가스로 인한 예비성형체의 변형을 방지하기 위함이다.

이하 실시예에 의거 본 발명을 설명한다.

[실시예 1]

본 실시예에서는 알루미나 단섬유 72g을 물과 무기질의 바인다를 첨가한 수용액 중에서 섬유가 골고루 분산될때까지 혼합을 한 다음 제1도에 나타낸 소정의 크기를 갖는 아크릴제의 예비성형체 제조장치에 주입한후, 진공펌프를 이용하여 물을 제거하고 알루미나 단섬유의 성형체만 남게 되었다. 이때의 알루미나 단섬유 예비성형체는 가로 10cm×세로 3cm×높이 5cm의 크기를 갖고 알루미나 단섬유의 밀도가 3.2이기 때문에 이때의 부피분율을 환산하면 부피분율이 15%가 되었다. 이것을 제3도에 나타낸 부피조절용 지그내에 충진한 후 부피분율이 15%인 복합재료를 제조할때는 이 예비성형체를 그대로 사용하였다. 그리고 부피분율이 20%인 복합재료를 제조하기 위해서는 네곳의 부피조절용너트(13)를 조정하여 하부 지지판(12)으로 부터의 높이가 3.75cm가 되도록 하였고, 부피분율 25%의 경우는 높이를 3cm, 부피분율이 30%의 경우는 예비성형체의 높이가 2.5cm가 되도록 조절하였다. 이렇게 높이가 정해진 예비성형체를 제2도의 용탕단조장치의 금형에 지그와 함께 충진한 후 750℃로 가열된 AC8A합금(Al-12Si-1, 4Ni-1Cu-1Mg) 용탕을 주입하고 75MPa이 압력으로 가압하여 복합재료를 제조하였다. 제4도는 이때 제조한 부피분율별의 조직사진을 나타낸 것으로 가압시에 부피변화가 없고 또한 변형에 의한 균열발생을 볼 수 없는 건전한 복합재료를 나타내고 있다.

[실시예 2]

제5도는 SiC 입자로 보강된 AC8A 합금 복합재료의 부피분율이 30%가 되도록 부피분율 조절용 지그를 조정하여 만든 복합재료의 내부 조직사진이다. 예비성형체의 변형이나 균열이 발생한 흔적을 볼수 없으며 복합재료 제조후 부피분율을 측정한 결과 거의 같은 값을 나타내었다.

한편, 본 발명에서 적용하고자 하는 세라믹 강화재(휘스커, 단섬유, 입자 등)는 금속 또는 다른것의 사용도 가능하지만, 알루미나 단섬유/알미늄 합금, 마그네슘합금과 탄화규소휘스커/알미늄 합금/마그네슘합금 등의 조합이 그 대표적인 예로 사용되어졌다.

본 발명음 금속복합재료를 제조할 경우 부피분율의 증가없이 소정의 부피분율을 얻을 수 있고, 가압주조시 예비성형체의 변형이나 균열 등이 발생하지 않는 건전한 복합재료를 얻을 수 있는 아주 유용한 것이다.

Claims (3)

1. 강화금속복합재료를 제조하기 위한 종래의 용탕단조법에 있어서, 예비성형체의 높이를 부피 조절용 지그(JIG)에 의하여 미리 조정하고, 높이가 조정된 예비성형체를 이 지그에 넣은채 금형내에 수납하여 용탕단조하는 것을 특징으로 하는, 강화금속복합재료의 제조방법.
2. 하부지지판(12) 상부에 기둥(14)이 세워지고, 이 기둥에 의하여 상판(11)이 높이 조절이 가능하도록 지지되어져 있으며, 상판에는 지름이 1.5-2mm인 구멍이 1cm²당 4-9개 형성되어져 있는 것을 특징으로 하는, 부피조절용 지그.
3. 제2항에 있어서, 하부지지판에 지름이 1.5-2mm인 반구체의 홈이 1cm²당 4-9개 형성되어져 있는 것을 특징으로 하는, 부피조절용 지그.