KR100215003B1 - 복합재료의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복합재료의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 강화재로 예비성형체를 성형하고 여기에 기지금속을 첨가한 후 1차적으로 고압주조하여 복합재료를 제조하고 2차적으로 기지합금의 공정점 온도에서 가열한 후 급냉시킴으로써 경량이면서 소성가공성이 우수한 복합재료를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

복합재료의 제조방법

본 발명은 복합재료의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 강화재로 예비성형체를 성형하고 여기에 기지금속을 첨가한 후 1차적으로 고압주조하여 복합재료를 제조하고 2차적으로 기지합금의 공정점 온도에서 가열한 후 급냉시킴으로써 경량이면서 소성가공성이 우수한 복합재료를 제조하는 방법에 관한 것이다.

종래의 복합재료는 소성가공이 어려워 산업용 소재로서 그 사용범위가 매우 국한되어 있으며 주조상태로 사용하거나, 일부 분말을 이용한 복합재료 제조공법에서는 압출 또는 단조 등의 공법에 의해 제조되고 있으나 이들 복합재료 또한 2차 소성가공이 가능할 정도의 소성능력을 확보하고 있지 못하다.

일부 분말야금과 고압주조에 의해 제조한 복합재료를 용체화 열처리하고 과시효 열처리를 한 후 1차 가공하는 전처리 과정을 거치면, 고온에서 신율이 뛰어나고 소성가공성이 향상된 복합재료를 제조할 수 있으나, 이들 복합재료는 1차 소성가공 등의 전처리 과정에서 강화재의 손상이 매우 크므로 복합재료의 성능이 저하된다.

한편, 아연-알루미늄계 합금을 사용한 경우도 있지만 비중이 6.3 정도로 중량(重量)으로서 자동차, 항공기용 소재로는 부적합하다.

본 발명은 상기와 같이 종래의 조성으로 제조된 복합재료가 소성가공성이 떨어지는 문제점을 해결하기 위하여 강화재로 예비성형체를 제조한 후 여기에 마그네슘-알루미늄 합금을 첨가하고 1차적으로 고압주조하여 복합재료를 제조하고 2차적으로 기지합금의 공정점 온도에서 가열한 후 급냉시킴으로써 경량이면서 소성가공성이 우수한 복합재료를 제조하는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 강화재로 예비성형체를 성형하고 여기에 기지금속을 첨가하는 공정, 이를 720∼860 ℃, 30∼100 MPa 압력으로 고압주조하여 1차 복합재료를 제조하는 공정 및 상기 1차 복합재료를 400 ℃에서 24시간 가열하고 급냉시키는 공정으로 이루어진 복합재료 제조방법에 관한 것이다. 350∼400 ℃에서 5×10^-2∼5×10/sec의 변형속도로 소성가공하는 공정 및 소성가공품을 400 K에서 4∼6시간 가열하고 서냉시키는 공정으로 이루어진 복합재료 제조방법에 관한 것이다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 소성가공성이 우수한 복합재료 제조방법에 관한 것으로서, 마그네슘-알루미늄계의 공정합금을 기지금속으로 하고 강화재로서 휘스커 또는 미세분말을 사용하여 1차적으로 대량생산에 유용한 고압주조에 의해 복합재료를 제조한 후 기지합금의 공종점 온도로 가열한 후 급냉시킴으로써 복합재료의 기지조직에 매우 미세한 결정립의 공정조직이 형성되도록 하고, 이들 복합재료를 적당한 온도에서 적당한 변형속도로 변형시킬 경우 소성가공성이 향상된 복합재료를 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.

이를 보다 상세히 설명하면, 우선 본 발명에서는 기지금속으로 마그네슘-알루미늄계 공정합금을 사용하는 바, 좀더 상세하게는 마그네슘 63%-알루미늄 33%계 공정합금이다. 일반적으로 마그네슘-알루미늄계 공정합금은 가벼우면서 열처리만으로 결정립 크기를 미세화 할 수 있는 특성을 갖는 것으로 이를 사용하여 복합재료를 제조하면 섬유의 손상을 줄이며 초성에 의한 성형성이 향상된다.

그리고, 강화재로는 휘스커와 미세분말을 사용하는 바, 구체적으로는 SiC, Si₃N_4,K₂O·6Tio₂및 9Al₂O₃·2B₂O₃와 같은 세라믹 휘스커와 미세분말 중에서 선택된 1종 이상의 것이다.

이와 같은 강화재로 예비성형체를 제조하고 여기에 상기 기지금속을 첨가한 후 720∼860 ℃에서 30∼100 MPa의 압력하에서 고압주조한다.

만일, 기지합금의 용탕온도가 720 ℃ 미만이면 용탕침투가 완전히 안될 우려가 있으며 860 ℃보다 높으면 마그네슘이 급격히 산화된다. 그리고, 용탕에 가하는 압력이 30 MPa 미만이면 용탕의 침투가 불건전해지며 100 MPa을 초과하는 경우 압력상승으로 인한 효과가 미미하다.

고압주조하여 1차적으로 복합재료를 제조하고 이를 기지금 속의 공정점 온도인 400 ℃에서 24시간 가열하고 급냉시킨다. 이와같이 처리하면 복합재료의 기지조직을 미세한 등축결정립의 공정조직으로 형성시킬 수 있다.

이와 같이 제조된 복합재료를 사용할 경우 350∼400 ℃에서 5×10^-2∼5×10/sec의 변형속도로 소성가공한다. 상기와 같은 조건에서 소성가공하면 매우 적은 힘으로도 최고 200% 이상의 소성변형이 가능하다.

그 다음 최종 소성가공품을 400 K에서 4∼6 시간 동안 가열한 후 서냉시킨다. 이때, 기지조직이 매우 조대한 층상조직으로 변하며 쉬게 변형되지 않아 우수한 기계적 특성을 얻을 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

강화재로서 입방결정구조의 SiC 휘스커(직경 0.1∼1.0 ㎛, 길이 30∼100 ㎛, 동해카본사 제품)를 직경 30 mm, 높이 100 mm인 원주형으로 체적비가 20%가 되도록 성형한 예비성형체에 67% 마그네슘과 33% 알루미늄 합금을 740 ℃에서 100 MPa압력하에서 성형체 내부에 용융합금을 침투시켜 응고완료까지 1분간 가압력을 유지하여 복합재료 주괴를 제조하였다. 그리고 나서 이 복합재료를 400 ℃에서 24시간 가열한 후 급냉시켰다.

[실시예 2]

상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 복합재료를 제조하되, 다만 강화재로서 Si₃N₄휘스커를 사용하였다.

[실시예 3]

상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 복합재료를 제조하되, 다만 강화재로서 K₂O·6TiO₂휘스커를 사용하였다.

[실시예 4]

상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 복합재료를 제조하되, 다만 강화재로서 9Al₂O₃·2B₂O₃휘스커를 사용하였다.

[비교예 1]

강화재로서 입방결정구조의 SiC 휘스커(일본, 동해카본사 제품)을 사용하고 이를 직경 30 mm, 높이 100 mm인 원주형으로 체적비가 20% 되도록 성형한 예비성형체에 890 ℃로 가열한 알루미늄 합금을 100 MPa 압력으로 고압주조하여 복합재료를 제조하였다.

[비교예 2]

강화재로서 입방결정구조의 SiC 휘스커(일본, 동해카본사 제품)을 사용하고 이를 직경 30 mm, 높이 100 mm인 원주형으로 체적비가 20% 되도록 성형한 예비성형체에 780 ℃로 가열한 마그네슘 합금을 100 MPa 압력으로 고압주조하여 복합재료를 제조하였다.

[실험예 1]

상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 복합재료를 653 K에서 24 시간 가열한 후 급냉시켜 기지조직을 미세한 등축결정립의 공정조직으로 변화시킨 다음 370 ℃에서 0.5/sec의 변형속도로 압출변형시킨 후 변형저항과 변형율을 측정하였으며, 그 결과는 다음 표 1에 나타낸 바와 같다.

또한, 다시 400℃에서 4시간 가열한 후 서냉시켜 복합재료의 기지조직을 조대화시켜 탄성계수, 인장강도 및 변형율을 측정하였으며, 그 결과는 다음 표 2에 나타낸 바와 같다.

여기서, 상온과 고온에서의 인장시험에 의해 변형저항과 변형율은 탄성계수 및 인장강도를 측정 비교했다.

본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 복합재료는 소성가공성이 우수하고 기계적 특성이 우수하여 산업용 소재로서 그 사용범위가 확대될 수 있다.

Claims (1)

1. Si₃N_4,K₂O·6TiO₂및 9Al₂O₃·2B₂O₃중에서 선택된 강화재로 예비성형체를 성형하고, 여기에 마그네슘-알루미늄계 기지금속을 첨가한 다음, 720∼860℃ 온도 및 30∼100 MPa 압력 조건하에서 고압주조하여 1차 복합재료를 제조하는 공정; 그리고 상기 1차 복합재료를 400℃ 온도에서 24시간동안 가열하고 급냉시키는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 복합재료의 제조방법.