KR100222068B1 - Hybrid composites and method for making same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 SiCw(SiC Whisker)와 SiCp(SiC 입자(particle))를 동시에 첨가하여 강화함으로써 강도, 연신율 및 내마모 특성이 우수하고 제조 가격이 저렴한 입자 및 휘스커 강화 하이브리드 복합 재료 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention provides SiCw (SiC Whisker) and SiC p (SiC particles) by simultaneously adding and strengthening particles and whisker-reinforced hybrid composite materials having excellent strength, elongation and wear resistance, and at low cost, and a method of manufacturing the same. It is about.

본 발명의 입자 및 휘스커 강화 하이브리드 복합재료의 제조방법은, Cu:3.8-3.9중량%, Mg:1.2-1.8중량%, Mn:0.3-0.9중량%, Fe:0.14-0.3중량%, Si:0.2중량% 이하, Zn:0.25중량% 이하, 및 잔여량의 A1으로 이루어진 A1 기지(Matrix) 합금 분말에 SiCp(SiC 입자)를 균일 분산되도록 혼합한 후 여기에 SiCw: SiCp이 (3-1):(1-3)이 되도록 SiCw(SiC 휘스커(Whisker))를 혼합하여 (SiCw+SiCp)/A1 기지 분말이 10-25 체적(vol.)%가 되도록 하고, 이 혼합 분말을 메탄올 수용액 내에서 30-60분간 혼합하여 복합 분말로 제조하며, 이어서 얻어진 복합 분말을 캔(Can)에 장입하여 500℃까지 승온시키면서 탈가스 처리하여 진공봉입하고, 이어서 캔에 진공봉입된 복합분말을 510-540℃에서 100-120MPa의 압력으로 열간 가압성형하고, 이어서 430-470℃에서 (10-30):1의 압출비로 압출하여 제조되는 것을 특징으로 하는 구성이다.The method for producing the particles and the whisker-reinforced hybrid composite material of the present invention is Cu: 3.8-3.9% by weight, Mg: 1.2-1.8% by weight, Mn: 0.3-0.9% by weight, Fe: 0.14-0.3% by weight, Si: 0.2 After mixing SiC p (SiC particles) uniformly in the A1 matrix alloy powder consisting of up to% by weight, Zn: up to 0.25% by weight, and the remaining amount of A1, SiC w : SiC p is (3-1 ): SiC w (SiC Whisker) is mixed to make (1-3) so that (SiC w + SiC p ) / A1 matrix powder is 10-25 vol.%, And the mixed powder is 30-60 minutes in methanol aqueous solution is mixed to prepare a composite powder, and then the obtained composite powder is charged into a can (Can), degassed and vacuum-sealed while heating up to 500 ℃, and then the composite powder encapsulated in the can Hot press molding at a pressure of 100-120 MPa at 510-540 ° C., followed by extrusion at an extrusion ratio of (10-30): 1 at 430-470 ° C. The.

또한, 본발명의 입자 및 휘스커 강화 하이브리드 복합 재료는, Cu:3.8-3.9중량%, Mg:1.2-1.8중량%, Mn:0.3-0.9중량%, Fe:0.14-0.3중량%, Si:0.2중량% 이하, Zn:0.25중량% 이하, 및 잔여량의 A1으로 이루어진 A1 합금 기지 분말에 SiCw:SiCp가 (3-1) : (1-3)로 혼합되어, 기지 분말에 대해 (SiCw+SiCp)가 10-25 체적(vol.)%인 구성이다.In addition, the particles of the present invention and whisker-reinforced hybrid composite material, Cu: 3.8-3.9% by weight, Mg: 1.2-1.8% by weight, Mn: 0.3-0.9% by weight, Fe: 0.14-0.3% by weight, Si: 0.2% by weight SiC w : SiC p was mixed as (3-1): (1-3) to an A1 alloy matrix powder composed of% or less, Zn: 0.25 wt% or less, and a residual amount of A1, and (SiC w + SiC p ) is 10-25% by volume.

Description

입자 및 휘스커 강화 하이브리드 복합 재료 및 그 제조 방법Particle and Whisker Reinforced Hybrid Composites and Manufacturing Method Thereof

본 발명은 하이브리드 복합 재료에 관한 것으로, 보다 상세하게는 SiCw(SiC Whisker)와 SiCp(SiC 입자(particle))를 동시에 첨가하여 강화함으로써 강도, 연신율 및 내마모 특성이 우수하고 제조 가격이 저렴한 입자 및 휘스커 강화 하이브리드 복합 재료 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hybrid composite material, and more particularly, by adding SiC w (SiC Whisker) and SiC p (SiC particles) at the same time to strengthen, excellent strength, elongation and wear resistance characteristics and low manufacturing cost A particle and whisker reinforced hybrid composite material and a method for producing the same.

일반적으로 SiCw는 SiCp보다 강도나 연신율 특성은 우수하나 제조 가격이 고가이며 인체에도 유해한 반면, SiCp는 SiCw보다 강도나 연신율 특성은 다소 떨어지나 내마모 특성이 우수하고 제조 가격이 저렴할 뿐만 아니라 인체에 유해한 정도도 SiCw보다는 훨씬 미미하다고 할 수 있다.In general, SiC w has better strength and elongation characteristics than SiC p but is expensive and harmful to the human body, while SiC p has lower strength and elongation characteristics than SiC w , but has better wear resistance and lower manufacturing cost. The degree of harm to human body is much smaller than that of SiC w .

따라서, SiCw와 SiCp를 동시에 강화한 하이브리드 복합 재료의 강도, 연신율, 내마모 특성이 기존의 SiCw나 SiCp만을 단독으로 강화한 복합 재료에 비해 물성상 우수한 면이 있으므로 이는 경제적인 면이나 산업적인 응용면에서 획기적인 진전을 이룬 것이다.Thus, SiC w and SiC p a at the same time, enhanced strength, elongation, abrasion resistance of the hybrid composite material is enhanced only conventional SiC w and SiC p alone because the physical characteristics, excellent surface in comparison to composites that economical aspect and Industry A breakthrough in application has been made.

금속기 복합 재료(Metal Matrix Composites)의 특성은 첨가하는 강화상(Reinforcements)의 특성과 기지(matrix)재료의 특성에 따라 좌우된다.The properties of Metal Matrix Composites depend on the properties of the added Reinforcements and the properties of the matrix material.

제조 방법으로는 크게 주조법(Ingot Metallurgy)과 분말법(Powder Metallurgy)으로 대별할 수 있으며 분말법이 주조법 보다 여러 가지 기계적 특성이 우수하다는 것은 잘 알려진 사실이지만 제조 공정이 복잡하여 제조 원가가 비싸다는 단점이 있다.Ingot metallurgy and powder metallurgy can be roughly classified into manufacturing methods, and it is well known that the powder method has various mechanical properties better than the casting method, but the manufacturing process is complicated and expensive. There is this.

특히, 고가인 SiCw를 강화상으로 첨가하여 분말법으로 복합 재료를 제조할 경우에는 첨가하는 SiCw양이 제20체적(vol.)%까지는 강도나 연신률 등의 우수한 물성은 기대할 수 있지만 제조중에 휘스커의 부러짐이 없도록 해야 한다는 것과 첨가한 강화상을 균일 분산(Uniform Distribution)되도록 하는 등의 제조 기술상 문제점도 있다.In particular, the excellent physical properties such as the amount SiC w to be added when the addition of the expensive SiC w to enhance the producing a composite material by a powder method of claim 20 volume (vol.)% By strength and elongation can be expected, but in the production There are also problems in the manufacturing technique, such that there is no breakage of the whiskers and uniform distribution of the added reinforcement phase.

즉, SiCw만을 단독으로 첨가하여 강화한 복합 재료의 제조 방법에 따른 기계적 특성 평가에 관한 연구는 강도 특성이 우수함에도 불구하고 SiCw가 고가라는 점, 분산 문제그리고 인체에 유해하다는 점 등을 이유로 현재는 제한적으로 연구가 진행되고 있는 실정이다.In other words, the study on the evaluation of mechanical properties according to the method of manufacturing a composite material reinforced with only SiC w alone has been conducted due to the fact that SiC w is expensive, dispersion problem, and harmful to human body, despite its excellent strength characteristics. There is limited research going on.

이에 비해, 저가인 SiCp만을 단독 첨가하여 강화한 복합 재료는 내마모 특성이 우수하여 현재 미국에서는 자동차 분야에 상용화가 이루어진 실정이며, 국내에서도 상용화하려는 많은 연구가 이루어지고 있으며, 또한 제조 방법에 있어서도 강화상 분산 문제등을 해결하려는 많은 연구가 진행중에 있다.In contrast, composite materials reinforced with only low-cost SiC p added alone have excellent abrasion resistance, and are currently commercialized in the automobile field in the United States, and many studies have been made to commercialize them in Korea, and also in the manufacturing method. Many researches are underway to solve the problem of phase dispersion.

특히, 분말법으로 SiCw만을 단독 첨가하여 강화한 복합 재료 제조시에는 주로 습식법이 사용되고 있는 반면, SiCp만을 단독 첨가하여 강화한 복합 재료의 제조시에는 건식법이 주로 사용되고 있다.In particular, the wet method is mainly used in the production of a composite material reinforced with only SiC w by powder method, while the dry method is mainly used in the production of a composite material reinforced with SiC p alone.

이는 습식법이 건식법에 비해 제조중에 SiCw의 손상을 최소화할 수 있기 때문이며,이에 대한 연구는 아직까지 해결해야할 많은 과제가 있는 부분이다.This is because the wet method can minimize the damage of SiC w during the manufacturing process compared to the dry method, and there are many problems to be studied.

따라서, 제조 방법에 있어서도 SiCw만을 단독 첨가하여 강화한 복합 재료와 SiCp만을 단독으로 첨가하여 강화한 복합 재료가 차이가 있고, 제조 비용에 있어서도 차이가 있으므로 SiCw와 SiCp를 동시에 첨가하여 강화한 복합 재료에 대해서는 거의 연구가 이루어지지 않은 상황이다.Therefore, also in the manufacturing method, there is a difference between the composite material reinforced by adding SiC w alone and the composite material reinforced by adding SiC p alone, and the manufacturing cost also differs. Thus, the composite material reinforced by adding SiC w and SiC p simultaneously Very little research has been done on.

따라서, 본 발명은 상기 설명한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, SiCw의 장점을 최대한 활용하고 여기에 SiCp의 장점을 추가적으로 얻도록 강도, 연신율 및 내마모 특성이 우수하고 제조 가격이 저렴한 입자 및 휘스커 강화 하이브리드 복합 재료 및 그의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and is excellent in strength, elongation and wear resistance, and low in manufacturing price, so as to make full use of the advantages of SiC w and additionally obtain the advantages of SiC p . It is an object to provide a particle and whisker reinforced hybrid composite material and a method of manufacturing the same.

제1도는 350℃에서 고온 비틀림 변형후에 얻은 응력과 변형률과의 관계를 나타내고 있는 그래프도이며,1 is a graph showing the relationship between stress and strain obtained after high temperature torsional strain at 350 ° C.

제2도는 450℃에서 고온 비틀림 변형후에 얻은 응력과 변형률과의 관계를 나타내고 있는 그래프도이며,2 is a graph showing the relationship between stress and strain obtained after high temperature torsional deformation at 450 ° C.

제3도 및 제4도는 각각 본 발명에 따라 얻어진 하이브리드 복합 재료의 단면조직을 보이는 현미경 사진이다.3 and 4 are micrographs showing the cross-sectional structure of the hybrid composite material obtained according to the present invention, respectively.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, Cu:3.8-3.9중량%, Mg:1.2-1.8중량%, Mn:0.3-0.9중량%, Fe:0.14-0.3중량%, Si:0.2중량% 이하, Zn:0.25중량% 이하, 및 잔여량의 A1으로 이루어진 A1 기지(Matrix) 합금 분말에 SiCp(SiC 입자)를 균일 분산되도록 혼합한 후 여기에 SiCw : SiCp이 (3-1):(1-3)이 되도록 SiCw(SiC 휘스커(Whisker))를 혼합하여 (SiCw+SiCp)/A1 기지 분말이 10-25 체적(vol.)%가 되도록 하고, 이 혼합 분말을 메탄올 수용액 내에서 30-60분간 혼합하여 복합 분말로 제조하며, 이어서 얻어진 복합 분말을 캔(Can)에 장입하여 500℃까지 승온시키면서 탈가스 처리하여 진공봉입하고, 이어서 캔에 진공봉입된 복합분말을 510-540℃에서 100-120MPa의 압력으로 열간 가압성형하고, 이어서 430-470℃에서 (10-30):1의 압출비로 압출하여 제조되는 것을 특징으로 하는 입자 및 휘스커 강화 하이브리드 복합 재료의 제조 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, in the present invention, Cu: 3.8-3.9% by weight, Mg: 1.2-1.8% by weight, Mn: 0.3-0.9% by weight, Fe: 0.14-0.3% by weight, Si: 0.2% by weight or less, Zn After mixing SiC p (SiC particles) uniformly in an A1 matrix alloy powder composed of 0.25 wt% or less and a residual amount of A1, SiCw: SiC p is (3-1) :( 1-3 SiC w (SiC Whisker) is mixed so that the (SiC w + SiC p ) / A1 matrix powder is 10-25% by volume, and the mixed powder is 30- in aqueous methanol solution. 60 minutes of mixing is made into a composite powder, and then the obtained composite powder is charged into a can, degassed and vacuum-sealed at a temperature of up to 500 ° C., and then the composite powder vacuum-sealed into the can is 100 at 510-540 ° C. Particle and whisker-reinforced hive, which is produced by hot pressing at a pressure of -120 MPa and then extruding at an extrusion ratio of (10-30): 1 at 430-470 ° C. It provides a method for producing de composites.

또한, 본 발명의 다른 측면에서는, Cu:3.8-3.9중량%, Mg:1.2-1.8중량%, Mn:0.3-0.9중량%, Fe:0.14-0.3중량%, Si:0.2중량% 이하, Zn:0.25중량% 이하, 및 잔여량의 A1으로 이루어진 A1 합금 기지 분말에 SiCw : SiCp이 (3-1):(1-3)로 혼합되어, 기지 분말에 대해 (SiCw+SiCp)가 10-25 체적(vol.)%인 입자 및 휘스커 강화 하이브리드 복합 재료를 제공한다.Moreover, in another aspect of this invention, Cu: 3.8-3.9 weight%, Mg: 1.2-1.8 weight%, Mn: 0.3-0.9 weight%, Fe: 0.14-0.3 weight%, Si: 0.2 weight% or less, Zn: SiCw: SiC p is mixed with (3-1) :( 1-3) in an A1 alloy matrix powder consisting of 0.25 wt% or less and a residual amount of A1, so that (SiC w + SiC p ) is 10- A particle and whisker reinforced hybrid composite material having a volume of 25 vol.% Is provided.

이하에서는 본 발명의 입자 및 휘스커 강화 하이브리드 복합 재료 및 그의 제조 방법을 실시예와 관련하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, the particles and whisker reinforced hybrid composite material of the present invention and a manufacturing method thereof will be described in detail with reference to Examples.

본 발명의 입자 및 휘스커 강화 하이브리드 복합 재료의 제조 방법에서는 기지 합금으로 평균 입도가 44㎛이하의 A1 2124분말을 사용하였으며, 강화상으로는 SiCw와 SiCp을 사용하였다.In the method for producing the particles and the whisker-reinforced hybrid composite material of the present invention, A1 2124 powder having an average particle size of 44 μm or less was used as a known alloy, and SiC w and SiC p were used as the reinforcement phase.

우선, 세라믹볼(알루미나)를 이용하여 기지 합금과 SiCp를 48-72시간 동안 볼밀(Ball-Milling) 혼합하여 강화상이 기지 분말에 균일 분산되도록 한후, 여기에 SiCw를 추가적으로 혼합하여 메탄올 수용액 내에서 초음파 습식법으로 30 내지 60분간 혼합하여 기지 분말에 대해 (SiCw+SiCp)가 10-25체적(vol.)%가 되도록 SiCw와 SiCp를 (3-1):(1-3)로 혼합하여 복합 분말을 제조하였다.First, by using a ceramic ball (alumina) ball-milling mixed with the base alloy and SiC p for 48-72 hours to uniformly disperse the reinforcement phase in the base powder, and then additionally mixed SiC w in methanol solution Mix SiC w and SiC p by (3-1) :( 1-3) so that (SiC w + SiC p ) is 10-25% by volume (vol.)% With respect to the known powder It was mixed to prepare a composite powder.

메탄올 수용액 분위기는 제조 동안 SiCw의 부러짐을 최소화하기 위한 것이다.The methanol aqueous solution atmosphere is intended to minimize the breakage of SiC w during manufacture.

이어서, 얻어진 복합 분말을 A1 캔 재료중에서 유동성이 비교적 양호한 A16063 캔(Can)에 장입한후 500℃까지 분당 2-3℃로 승온시키면서 탈가스처리하여 진공봉입하고, 이를 온도 510-540℃에서 100-120MPa의 압력으로 열간 가압성형하고, 이어서 430-470℃에서 (10-30):1의 압출비로 압출하여 봉상의 압출재로 복합 재료를 제조하였다.Subsequently, the obtained composite powder was charged into A16063 cans having a relatively good fluidity in A1 can material, and degassed and vacuum-sealed at a temperature of 2-3 ° C. to 500 ° C. at 100 ° C. at 510-540 ° C. The composite material was prepared by hot pressing at a pressure of -120 MPa, followed by extrusion at an extrusion ratio of (10-30): 1 at 430-470 ° C.

상기 설명한 본 발명의 입자 및 휘스커 강화 하이브리드 복합 재료의 제조방법에서 볼밀 시간은 기지 분말과 강화상의 분포를 균일화하기에 충분한 시간으로 정해지는데 총 400g의 시료(기지 분말+SiCp)의 경우 48시간 이상이면 충분하다.In the method for producing the particles and whisker-reinforced hybrid composite material of the present invention described above, the ball mill time is set to a time sufficient to homogenize the distribution of the matrix powder and the reinforcement phase. For a total of 400 g of the sample (base powder + SiC p ), the ball mill time is 48 hours or more. Is enough.

또한, 습식 분위기로써 혼합중 휘스커의 손상을 최소화하기 위하여 메탄올 수용액을 사용한다.In addition, an aqueous methanol solution is used to minimize the damage of the whiskers during mixing as a wet atmosphere.

본 발명 방법에서 열간 성형 온도는 510-540℃로 한정하였는데, 기지 조직의 고상선 온도인 502℃ 이상(약 40℃)에서 하는 것이 바람직하여, 이 고상선 온도보다 너무 높은 온도에서 열간 성형하게 되면 기계적 성질을 저하시키는 여러 반응생성물이 발생할 수 있으며, 고상선 온도 이하에서 열간 성형하게 되면 성형체의 밀도가 저하할 뿐만 아니라 휘스커의 부러짐이 발생할 수 있다.In the method of the present invention, the hot forming temperature is limited to 510-540 ° C. Preferably, the hot forming temperature is 502 ° C or more (about 40 ° C), which is the solidus temperature of the matrix structure. Various reaction products may deteriorate the mechanical properties, and if hot formed below the solidus temperature, not only the density of the molded body may be lowered, but also the whisker may be broken.

즉, 기지 조직 자체가 약간의 액상(20-30%)을 유지하는 상태에서 가압 성형하는 것이 반응 생성물을 최소화하고 밀도를 최대화하며, 휘스커 손상을 최소화하기 위해 필요한 것이다.That is, press molding while the matrix structure itself maintains some liquid phase (20-30%) is necessary to minimize reaction products, maximize density and minimize whisker damage.

또한, 가압력은 99.9% 정도의 충분한 밀도를 얻기 위한 압력이다.The pressing force is a pressure for obtaining a sufficient density of about 99.9%.

본 발명의 제조 방법에서 압출 온도는 성형체의 유동성이 가장 양호한 온도범위 즉, 압출 결함을 발생시키지 않는 온도 범위로 430-470℃로 설정되는데, 너무 높게 되면 열간 크래킹(Cracking)이 발생하며, 너무 낮으면 압출 압력이 너무 증가하여 압출이 되지 않는 경우가 발생한다.In the production method of the present invention, the extrusion temperature is set to 430-470 ° C. in a temperature range where the flowability of the molded body is the best, that is, a temperature range that does not cause extrusion defects. If too high, hot cracking occurs and is too low. If the extrusion pressure is too high, extrusion does not occur.

또한, 압출비는 압출후에 압출전 보다 결정립 미세화에 의한 기계적 성질의 향상을 기대할 수 있는 여부를 고려하여 (10-30):1의 범위로 정하였다.In addition, the extrusion ratio was set in the range of (10-30): 1 in consideration of whether the improvement of the mechanical properties by grain refinement can be expected after extrusion before extrusion.

본 발명은 또한, 상기 설명한 바와 같은 방법으로 제조된 Cu:3.8-3.9중량%, Mg:1.2-1.8중량%, Mn:0.3-0.9중량%, Fe:0.14-0.3중량%, Si:0.2중량% 이하, Zn:0.25중량% 이하, 및 잔여량의 A1으로 이루어진 Al 합금 기지분말에 SiCw : SiCp가 (3-1):(1-3)으로 혼합되어 기지 분말에 대해 (SiCw + SiCp)가 10-25 체적(vol.)%인 입자 및 휘스커 강화 하이브리드 복합 재료를 제공한다.The present invention also provides Cu: 3.8-3.9 wt%, Mg: 1.2-1.8 wt%, Mn: 0.3-0.9 wt%, Fe: 0.14-0.3 wt%, Si: 0.2 wt% Hereafter, SiCw: SiCp is mixed as (3-1) :( 1-3) to an Al alloy matrix powder composed of Zn: 0.25 wt% or less and the remaining amount of A1, whereby (SiCw + SiCp) is 10- A particle and whisker reinforced hybrid composite material having a volume of 25 vol.% Is provided.

사용된 Al 2124 기지 분말의 성분 조성범위는, Cu:3.8-3.9중량%, Mg:1.2-1.8중량%, Mn:0.3-0.9중량%, Fe:0.14-0.3중량%, Si:0.2중량% 이하, Zn:0.25중량% 이하, 및 잔여량은 Al으로 이루어진다.The component composition range of the Al 2124 matrix powder used was Cu: 3.8-3.9% by weight, Mg: 1.2-1.8% by weight, Mn: 0.3-0.9% by weight, Fe: 0.14-0.3% by weight, Si: 0.2% by weight or less. , Zn: 0.25 wt% or less, and the remaining amount consists of Al.

사용된 SiCw는 길이가 5-15㎛, 직경이 0.3-0.6㎛이었으며, SiCp는 1-10㎛이하인 것을 사용하였다.The SiC w used was 5-15 μm in length and 0.3-0.6 μm in diameter, and SiC p was less than 1-10 μm.

상기 설명한 재료를 사용하여 (SiCw+SiCp)/A1 2124가 10-25 체적(vol.)%인 하이브리드 복합 재료를 제조하였으며, 이때 SiCw와 SiCp의 혼합 비율을 (3-1):(1-3)이 되도록 하였다.Using the above-described materials, a hybrid composite material having a (SiC w + SiC p ) / A1 2124 of 10-25% by volume (vol.)% Was prepared, wherein the mixing ratio of SiC w and SiC p was (3-1): (1-3).

본 발명의 복합 재료에서 (SiCw+SiCp)를 기지 분말에 대해 10-25 체적(vol.)%로 한 것은 강화상이 기지 재료내에서 비교적 충분한 강화 효과를 나타내도록 하기 위한 것인데, 강화분율이 25% 이상일 경우는 연신율이 급격히 저하되어 실제상용화에 문제가 있으며, 10% 이하일 경우는 강화 효과를 충분히 기대할 수 없기 때문이다.In the composite material of the present invention, the (SiC w + SiC p ) of 10-25% by volume (vol.)% Of the known powder is for the reinforcement phase to exhibit a relatively sufficient reinforcing effect in the known material. If it is 25% or more, the elongation is sharply lowered, which is a problem in actual commercialization. If it is 10% or less, the reinforcement effect cannot be sufficiently expected.

이하에서는 실시에와 관련하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the embodiments.

[실시예]EXAMPLE

하이브리드 복합 재료는 (SiCw+SiCp)가 전체의 15 체적(vol.)%가 되도록 하였으며, SiCw와 SiCp혼합 비율을 1:1, 1:2, 1:3으로 각각 상이하게 하여 혼합 비율을 달리한 경우 어느 경우에 가장 우수한 물성이 얻어지는가를 검토하기 위한 것이다.In the hybrid composite material, (SiC w + SiC p ) was 15% by volume, and the SiC w and SiC p mixing ratios were changed to 1: 1, 1: 2, 1: 3 respectively. When the ratio is different, it is to examine in which case the best physical properties are obtained.

이 재료의 물성 평가를 위해 온도와 변형 속도를 달리하면서 고온 비틀림 변형 시험을 하였다.To evaluate the physical properties of this material, a high temperature torsional strain test was conducted with varying temperature and strain rate.

제1도는 고온 비틀림 변형후에 얻은 응력과 변형률과의 관계를 나타내고 있는데, 350℃에서는 SiCw만을 단독 첨가한 복합 재료가 가장 우수한 응력값을 보이고 있으며, 하이브리드 복합 재료중에서는 SiCw: SiCp가 1:1인 경우에 가장 우수한 응력갓을 보이고 있다.1 shows the relationship between stress and strain obtained after high temperature torsional strain. At 350 ° C, the composite material containing SiC w alone shows the best stress value. Among hybrid composite materials, SiC w : SiC p is 1 In case of 1: 1, the best stress shade is shown.

그러나, 제2도 도시와 같이, 450℃에서는 SiCw만을 단독 첨가한 복합 재료와 SiCw: SiCp를 1:1로 첨가한 하이브리드 복합 재료의 고온 응력값이 유사하였다.However, FIG. 2, as shown, in the 450 ℃ SiC w only added alone composite material and a SiC w: was similar to the high-temperature stress values of the hybrid composite material is added to the 1: a SiC p 1.

그리고 SiCw: SiCp가 1:1인 하이브리드 복합 재료의 고온 응력값은 다른 1:2나, 1:3인 하이브리드 복합 재료 보다도 응력값이 우수하였으며 SiCp만을 단독 첨가한 복합 재료 보다도 우수한 응력값을 보였다.In addition, the high temperature stress of the hybrid composite material having SiC w : SiC p 1: 1 was better than that of other 1: 2 or 1: 3 hybrid composite materials and was higher than that of the composite material containing SiC p alone. Showed.

제3도 및 제4도는 SiCw: SiCp가 1:1(전체 15체적%)이 되도록 하여 열간 성형후 470℃에서 압출비 20:1로 압출한 압출재의 주사전자현미경 사진인데, 압출방향으로 휘스커가 재배열됨을 알 수 있으며, SiCw와 SiCp가 비교적 기지 조직내에 균일하게 분산됨을 알 수 있다.3 and 4 are scanning electron micrographs of the extruded material extruded at an extrusion ratio of 20: 1 at 470 ° C. after hot forming, with SiC w : SiC p of 1: 1 (15 vol% in total). It can be seen that the whiskers are rearranged, and that SiC w and SiC p are relatively uniformly dispersed in the matrix.

압출후에 휘스커의 방향성이 많을수록, 휘스커와 입자간의 분산이 고를수록 이 재료의 기계적 특성은 우수하다고 말할 수 있다.It can be said that the higher the whisker's orientation after extrusion and the higher the dispersion between the whisker and the particles, the better the mechanical properties of the material.

또한, SiCp는 압출중에 크래킹이 발생하지 않음을 알 수 있으며, SiCw는 제조공정 동안 다소 길이가 줄어드는 것도 관찰할 수 있다.In addition, it can be seen that SiC p does not cause cracking during extrusion, and SiC w may be observed to decrease somewhat during the manufacturing process.

결정립 크기는 압출 방향과 수직한 방향에서 대략 7㎛정도이었다.Grain size was approximately 7 μm in the direction perpendicular to the extrusion direction.

따라서, 450℃에서 변형한 경우 고온 응력값에 있어서 SiCw: SiCp=1:1로 첨가한 하이브리드 복합 재료와 SiCw만을 단독 첨가한 복합 재료가 비슷하다는 것은, 가격이 비싸 건강에 유해한 SiCw를 사용하여 제조한 단독 복합 재료를 하이브리드 복합재료로 대체할 수 있는 가능성을 제시하고 있다.Therefore, the hybrid composite material added with SiC w : SiC p = 1: 1 and the composite material added with SiC w alone in the high temperature stress value when deformed at 450 ° C are similar to SiC w which is expensive and harmful to health. It suggests the possibility of replacing a single composite material manufactured using the hybrid composite material.

따라서, 상기 설명한 바와 같은 본 발명의 입자 및 휘스커 강화 하이브리드 복합 재료 및 그의 제조 방법에 의하며, SiCw나 SiCp만을 단독으로 강화한 복합 재료에 비해 물성이 우수하고 인체에 유해한 정도가 개선되며, 제조 가격이 절감되는 등 경제적인 면 및 산업적인 응용면에서 유용한 효과가 얻어지는 것이다.Therefore, the particles and the whisker-reinforced hybrid composite material of the present invention as described above and a method for producing the same, compared to the composite material reinforced with only SiC w or SiC p alone, the physical properties and harmful to the human body is improved, the production price This reduction is useful in economic and industrial applications.

Claims (2)

Cu:3.8-3.9중량%, Mg:1.2-1.8중량%, Mn:0.3-0.9중량%, Fe:0.14-0.3중량%, Si:0.2중량% 이하, Zn:0.25중량% 이하, 및 잔여량의 A1으로 이루어진 A1 기지(Matrix) 합금 분말에 SiCp(SiC 입자)를 균일분산되도록 혼합한 후 여기에 SiCw: SiCp이 (3-1):(1-3)이 되도록 SiCw(SiC 휘스커(Whisker))를 혼합하여 (SiCw+SiCp)/A1 기지 분말이 10-25 체적(vol.)%가 되도록 하고, 이 혼합 분말을 메탄올 수용액 내에서 30-60분간 혼합하여 복합 분말로 제조하며, 이어서 얻어진 복합 분말을 캔(Can)에 장입하여 500℃까지 승온시키면서 탈가스 처리하여 진공봉입하고, 이어서 캔에 진공봉입된 복합분말을 510-540℃에서 100-120MPa의 압력으로 열간 가압성형하고, 이어서 430-470℃에서 (10-30):1의 압출비로 압출하여 제조되는 것을 특징으로 하는 입자 및 휘스커 강화 하이브리드 복합 재료의 제조 방법.Cu: 3.8-3.9% by weight, Mg: 1.2-1.8% by weight, Mn: 0.3-0.9% by weight, Fe: 0.14-0.3% by weight, Si: 0.2% by weight or less, Zn: 0.25% by weight or less, and the remaining amount of A1 SiC p (SiC particles) is mixed with A1 matrix alloy powder composed of SiC w (SiC whiskers) so that SiC w : SiC p is (3-1) :( 1-3). Whisker)) is mixed to make (SiC w + SiC p ) / A1 known powder 10-25 vol.%, And the mixed powder is mixed into an aqueous methanol solution for 30-60 minutes to prepare a composite powder. Subsequently, the obtained composite powder was charged into a can, degassed and vacuum sealed while heating to 500 ° C., and then the composite powder vacuum-sealed into the can was hot press-molded at a pressure of 100-120 MPa at 510-540 ° C. And then extruded at an extrusion ratio of (10-30): 1 at 430-470 ° C. to produce particles and whisker reinforced hybrid composite materials. Cu:3.8-3.9중량%, Mg:1.2-1.8중량%, Mn:0.3-0.9중량%, Fe:0.14-0.3중량%, Si:0.2중량% 이하, Zn:0.25중량% 이하, 및 잔여량의 A1으로 이루어진 A1 합금 기지 분말에 SiCw: SiCp이 (3-1):(1-3)로 혼합되어, 기지 분말에 대해 (SiCw+SiCp)가 10-25 체적(vol.)%인 입자 및 휘스커 강화 하이브리드 복합 재료.Cu: 3.8-3.9% by weight, Mg: 1.2-1.8% by weight, Mn: 0.3-0.9% by weight, Fe: 0.14-0.3% by weight, Si: 0.2% by weight or less, Zn: 0.25% by weight or less, and the remaining amount of A1 SiC w : SiC p is mixed with (3-1) :( 1-3) in an A1 alloy matrix powder composed of (SiC w + SiC p ) with a volume of 10-25% by volume (vol.)% Of the matrix powder. Particle and Whisker Reinforced Hybrid Composites.
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