KR0165707B1 - 발포 알루미늄 금속 고형체의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발포 금속 제조시 알루미늄과 증점제 및 발포제가 균일하게 혼합되도록 하여 다수의 기포가 균일하게 유지되면서 팽창되게 함과 함께 특히, 사각 형태의 발포 금속 고형체 생산시 수율이 증대된 저렴한 제조 원가를 갖는 발포 알루미늄 금속 고형체의 제조에 관한 것으로, 원통상의 도가니에 알루미늄 용용 금속을 주입한 후 교반하면서 증점제와 발포제를 순차적으로 가하여 균일하게 혼합되도록 교반하는 단계와, 상기 단계를 거친 혼합물을 순차적으로 가하여 균일하게 혼합되도록 교반하는 단계와, 상기 단계를 거친 혼합물을 가열수단이 구비된 주형에 낙하 주입하고 융점 이상의 온도로 가열하여 다수의 기포가 발생하면서 팽창되게 하는 단계와, 상기 주형의 가열을 정지하여 냉각되는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 발포 알루미늄 금속의 제조방법에 관한 기술이다.

Description

발포 알루미늄 금속 고형체의 제조방법

제1도는 뚜껑이 없는 종래의 사각 주형장치의 개략도.

제2도는 뚜껑이 있는 종래의 주형장치 개략도로서,

(a) 는 사각형태의 상태도.

(b) 는 원통형 주형의 상태도.

제3도는 발포 알루미늄의 발포 과정도로서,

(a) 발포제 확산교반 직후 용탕 상태도.

(b) 발포의 초기단계 상태도.

(c) 발포의 중간단계 상태도.

(d) 발포의 종료단계 상태도.

(e) 발포 종료 후 냉각된 상태도.

제4도는 본 발명에 이용되는 장치의 개략도.

제5도는 제1도의 주형에서 발포한 기포 및 수축공 발생사진.

제6도는 본 발명의 제1실시예에 따른 기포분포 사진.

제7도는 본 발명의 제2실시예에 따른 기포분포 사진.

제8도는 제7도의 확대사진.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 히터 7 : 하부 주형

8 : 슬라이드 밸브 9 : 교반기

10 : 상부 도가니

본 발명은 발포 금속 고형체의 제조에 관한 것으로, 보다 상세하게 알루미늄 용융 금속과 발포제 및 증점제로 조성된 혼합물이 균일하게 분포되도록 하여 독립된 다수의 기포가 균일하게 유지되면서 팽창되게 함과 함께, 특히 고형체 제조시 생산수율이 증대된 저렴한 제조원가를 갖는 발포 알루미늄 금속 고형체의 제조에 관한 것이다.

자동차 도로에서의 방음벽, 철도 등의 교통기관이나 공장 구조물에서의 방음벽, 기계설비의 방음카바, TV 또는 라디오 녹음 및 녹화실의 방음벽에 널리 사용되어지는 방음재로서는, 광범위한 주파수 대역에서 우수한 흡음성 갖음과 동시 경량이면서 기계적 및 열적 특성이 우수하고 취급의 간편화를 비롯한 저렴한 제조원가가 요구되고 있다.

이러한 요구에 부응하기 위한 일환으로 제1도와 같이 히터(1)와 교반기(2)를 설치한 주형(3)에 알루미늄 용융금속(4)을 장입하여 증점제(공기, N₂, CO₂, H₂O, 또는 Ar, Ca)를 투입 교반하여 적정점도가 얻어지면 발포를 위한 발포제(TiH₂, ArH₂등)를 첨가하여 발포제 확산교반을 실시한 후 교반을 정지하면 발포제가 열에 의해 분해되면서 다수의 기포가 형성 성장하면서 주형 내부에 충만하게 된다.

그후 주형을 냉각하면 응고된 발포 금속을 얻게 된다.

한편, 제2도의 (a) 및 (b)는 뚜껑을 갖는 사각 및 원통 주형으로서 주형(3) 상부에 뚜껑(5)을 설치하되 뚜껑(5)과 주형 상부 사이에 공기 배출구를 형성시킨 주형을 이용하여 발포 금속을 제조하는데 기포가 성장하는 과정에서 뚜껑(5)을 덮고 계속 팽창시키면 주형내의 공기가 공기 배출구(6)를 통해 배출되면서 발포 금속이 주형 내부 전체에 충만하게 된다.

이와 같이 밀폐된 주형에서 계속 팽창이 되는 동안 열분해에 따라 생성된 기포가 성장하면서 내압이 상승하게 되는데, 상승된 내압은 각각 독립된 기포에 전달되어 기포 상호간에 균일한 내압을 받게 된다.

이와 같은 균일한 내압에 따라 기포가 균일하게 형성되면서 수축이 없고 균일한 기포를 갖는 발포 알루미늄괴를 얻는 것으로 되어 있다.

그러나, 상기한 선행 기술들에서 사용되고 있는 주형들을 사각 형태 내지는 원형으로서, 여기에서 곧바로 발포 공정을 수행함에 따라 다음과 같은 문제점이 있다.

즉, 방음자재들은 그 크기가 크고 또한 여러 형태인 장방형의 것이 일반적이다.

특히 사각 주형을 사용할 경우, 교반기의 크고 작음에 따라 약간의 차이는 있을 수 있으나, 일반적으로 주형 중심부에서 회전하는 교반기 날개의 원심력에 의해 용탕이 교반기 날개와 주형의 외벽에 부딪치면서 교반되는데 용탕의 증점이 진행됨에 따라 용탕의 유동성이 떨어져 원활한 교반이 힘들게 된다.

증점 교반 후 발포제를 투입하고 확산 교반을 하면 제3도의 (a)와 같은 형태로 되고 교반을 중지하면 제3도의 (b),(c),(d)와 같이 발포가 진행된다.

이와 같은 방법으로 제조된 발포 알루미늄은 제3도의 (e)와 같이 기포가 불균일 하면서 중앙부에 기포의 함물 및 수축에 의한 균열이 발생 제5도와 같은 형태가 된다.

또한 사각 주형을 사용시 제5도와 같이 모서리부에서는 발포제가 확산이 안돼 미발포 상태로 남을 수 있다.

따라서, 사각 형태의 발포 금속을 얻기 위해서는 주변부를 비롯한 모서리 부분을 절단하여야 되므로 생산 loss가 많아 제조원가의 상승 요인이 있는 등 다량 생산에 많은 문제점을 갖게 된다.

한편, 원통형의 주형이 사용될 경우는 사각 주형에 비해 모서리 부분이 없어 교반 확산이 주변부까지 어느 정도 미칠 수 있으나 이 경우 역시 중심부를 비롯한 주변부 및 제3도의 (e)와 같은 문제점을 완전히 해결하지 못하고 있다.

뿐만 아니라, 발포된 후 인출되는 고형체는 원형상이므로 제품화 할려면 사각 형태가 되게끔 절단하여야 된다.

따라서, 생산 loss가 많아 다량 생산이 어렵고 제조원가의 상승 요인이 되고 있다.

또한, 상기한 선행 기술에서 처럼 단일 주형에서 발포시킬 경우는 발포제 확산 운동 역학상 중심에 수축공이 발생할 수 있는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 가열수단이 구비된 주형을 이용하되 여기서 곧바로 교반하지 않고 별도의 원통상 도가니에서 조성물을 원할하게 균일 교반시킨 후 이를 주형에 쏟아 부어 발포시킴에 따라 중심부를 비롯한 주변부 밑 모서리 부분까지 혼합조성이 균일하게 낙하되면서 분산되므로서 기포 크기가 균일하게 성장하면서 팽창하게 되어 생산 loss가 전혀 발생되지 않고, 또한 다량생산이 가능하는 등 저렴한 제조원가를 갖는 발포 알루미늄 고형체를 얻게 된다.

이와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은 교반수단이 구비된 원통상의 주형에 용융금속을 가하여 교반하면서 증점제와 발포제를 첨가하여 균일하게 교반하는 단계와, 상기 단계를 거친 혼합물을 적정온도를 유지할 수 있는 사각 또는 여러형태의 주형에 낙하 주입하여 다수의 기포를 생성 성장하는 단계와, 냉각하는 단계로 하여 본 발명이 이루어진다.

제4도는 본 발명에 이용되는 장치의 개략도를 나타낸 실시예로서 이에 따라 설명한다.

히터(1)와 같은 가열수단이 구비된 하부 주형(7) 상측에는 슬라이드 밸브(8)와 교반기(9)가 구비된 원통상의 상부 도가니(10)가 설치된다.

본 발명에 이용되는 장치는 상기한 예 뿐만 아니라 여러 형태의 구조를 갖는 설비가 이용될 수 있다.

즉, 상기한 예에서는 도가니의 상하 내부가 직립상으로 관통되고 있으나 제철 및 제강분야에서 통상 사용되고 있는 레들(ladle) 구조처럼 하부로 용탕이 유출될 수 있는 유출구만 남겨 두고 저면을 몸체와 일체로 할 수 있다.

또한 슬라이드 밸브 역시 일반적으로 사용하고 있는 형태의 구조를 이용할 수 있다.

또한, 상부 도가니(10)와 하부 주형(7)을 밀접시킨 상태에서 실시할 수 있고 또한 상부 도가니(10)를 별도 설치할 수 있다.

이와 같은 구조에 따라 본 발명은 먼저 슬라이드 밸브(8)를 닫고, 상부 도가니(10) 내부에 알루미늄 용융 금속을 주입한다.

그리고, 교반기(9)를 작동하면서 증점제를 투입하고 일정 시간이 지나 알루미늄 용융 금속이 점도가 증대되면 발포제를 투입하고, 발포제 확산 교반이 끝나면 슬라이드 밸브(8)를 열어 상기 균일 혼합된 용탕을 적정온도로 가열된 하부 주형(7)에 낙하시킨다.

일정시간 경과함에 따라 알루미늄 금속은 일정 크기를 갖는 기포상태를 유지하면서 팽창하여 주형 상부까지 충만하게 되고, 냉각하면 응고된 발포 금속 고형체로 된다.

이때, 고형체는 냉각시 수축됨에 따라 주형으로부터 인출이 가능하다.

이와 같이 본 발명은 원통상의 상부 도가니에서 균일하게 혼합함과 함께 이를 하부 주형에 낙하 주입시 낙하력에 따라 더욱 혼합력이 증대될 수 있다.

따라서, 특히 사각 주형의 모서리 및 주변부에 주입되는 성분 역시 중심부와 다르지 않게 됨에 따라 균일분포를 갖는 기공을 얻게 된다.

다음과 실시예에 따라 설명한다.

[실시예 1]

용해된 약 700℃ 온도를 갖는 알루미늄 5,000g을 상부 도가니에 장입한 후 교반기를 이용하여 300rpm 속도로 교반하면서(이때 교반기는 각 1단에 3개씩 부착하여 5단으로 하였고, 날개 크기는 Ф220로 하였다) 칼슘(Ca)을 100g 첨가하여 5분 정도 교반하여 증대시켰다.

이어서, TiH₂를 75g 첨가함과 함께 교반속도를 1000rpm으로 하여 20초간 교반하였다.

상기 교반이 끝난 후 슬라이드 밸브를 여고 700℃ 온도로 가열된 하부 주형에 용탕을 낙하시켜 2분 정도 경과한 후 냉각시켰다.

이에 따라 200㎜×250㎜×300㎜ 형태를 갖는 발포 알루미늄 고형체를 얻었다.

제6도는 이렇게 제조하여 얻어진 기포분포 사진으로서 이때 가공율은 90%였고, 중심부를 비롯한 주변부 및 모서리부의 기공이 균일하게 분포되었고, 수축공이 없음을 알 수 있었다.

[실시예 2]

용해된 약 700℃ 온도를 갖는 알루미늄 2,700g, 칼슘(Ca)67g, TiH₂, 40g으로 하였고, 나머지 조건은 실시예1와 동일 하게 하였다.

이에 따라 200㎜×200㎜×250㎜ 형태를 갖는 사각 고형체를 얻었다.

제7도는 이렇게 제조하여서 된 기포분포를 갖는 사진으로서 이때 기공율은 91% 였고, 중심부를 비롯한 주변부 및 모서리의 기공이 균일하게 분포되었고, 수축공이 없다.

제8도는 제7도의 일부분을 확대한 사진으로서 기공 분파가 균일함을 알 수 있다.

Claims (1)

1. 알루미늄 융용 금속에 증점제와 발포제를 가하여 발포 알루미늄을 제조하는 것에 있어서, 가열수단이 구비되지 않은 원통상의 도가니에 알루미늄 융용 금속을 주입한 후 교반하면서 증점제와 발포제를 순차적으로 가하여 균일하게 혼합되도록 교반하는 단계와, 상기 단계를 거친 혼합물을 가열 수단이 구비된 주형에 낙하 주입하고 융점 이상의 온도로 유지하여 다수의 기포가 생성 성장하는 단계와 상기 발포 주형을 냉각시키는 단계로 하여 이루어짐을 특징으로 하는 발포 알루미늄 금속 고형체의 제조방법.