KR100252277B1 - 복합재료의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복합재료의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 강화재로 예비성형체를 제조하고, 여기에 공정합금을 기지금속으로 하는 용탕을 용침시켜 고압주조하고 이를 기지합금의 공정점온도에서 가열한 후 급냉시키는 일련의 열처리 공정을 수행하여 강화섬유를 손상시키기 않고 소성가공을 향상시키는 복합재료의 제조방법에 관한 것이다.

Description

복합재료의 제조방법

본 발명은 복합재료의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 강화재로 예비성형체를 제조하고, 여기에 공정합금을 기지금속으로 하는 용탕을 용침시켜 고압주조하고 이를 기지합금의 공정점온도에서 가열한 후 급냉시키는 일련의 열처리 공정을 수행하여 강화섬유를 손상시키기 않고 소성가공을 향상시키는 복합재료의 제조방법에 관한 것이다.

종래의 복합재료의 소성가공이 어려워 상업용 소재로서 그 사용범위가 매우 국한되어 있으며, 주로 주조상태로 사용하고 있다. 그리고, 일부 분말을 이용한 복합재료의 제조방법에서는 압출 또는 단조 등의 방법에 의해 복합재료를 제조하고 있으나, 이들 복합재료도 2차 소성이 가능할 정도의 소성능력을 확보하고 있지 못하다. 일부 분말야금과 고압주조에 의해 제조한 복합재료를 용테화 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 저하되는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 복합재료의 소성가공성이 떨어지는 문제점을 해결하기 위하여 공정합금을 기지금속으로 사용하며, 강화재로 휘스커를 사용해 1차적으로 대량생산에 유용한 고압주조에 의해 복합재료를 제조한 후 기지합금의 공정점 온도로 가열한 후 급냉시키므로써 소성가공성이 향상된 복합재료를 제조하는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

제 1 도는 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 복합재료에 대하여 부피비에 따른 변형저항을 측정한 그래프이다.

본 발명은 강화재로 예비성형체를 제조하는 공정, 예비성형체를 금형에 설치하고 가열된 기지합금 용탕을 침투시키는 공정, 고압주조하는 공정 및 653 K에서 24시간 가열한 후 급냉하는 공정으로 이루어진 복합재료의 제조방법에 그 특징이 있다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 소성가공성이 우수한 복합재료를 제조하는 방법에 관한 것이다.

먼저, 예비성형체를 제조하는 데, 이때 사용되는 강화재로는 SiC, Si₃N₄, K₂O·6TiO₂및 9Al₂O₃·2B₂O₃휘스커 중에서 1종 이상을 선택하여 사용할 수 있다.

이들 강화재를 사용하여 통상의 방법으로 예비성형체를 제조한 다음, 이를 금형내에 설치하고 여기에 금속 용탕을 침투시킨다. 본 발명에서는 기지금속으로는 아연-알루미늄, 마그네슘-알루미늄 및 알루미늄-구리계의 공정합금 중에서 선택하여 사용하는 바, 가장 바람직하기로는 78%아연-22%알루미늄 공정합금을 사용하는 것이다.

이같은 기지합금을 예비성형체내에 침투시키고 고압주조하는 바, 고압주조 조건은 온도 620~700℃, 30~100MPa의 압력이다. 만일, 기지합금 용탕의 온도가 620℃보다 낮으면 용탕의 침투가 완전하지 않고, 700℃ 보다 높은 온도일 경우 온도 상승에 따른 효과가 없어 비경제적이다. 그리고, 용탕을 가압하는 압력이 30MPa보다 낮은 경우 용탕의 침투가 불건전해지며, 100MPa 보다 높은 압력으로 가압하는 경우 그 효과상승이 없다.

그 다음 고압주조된 복합재료를 653K에서 24시간 가열한 후 급냉하여 기지조직을 미세한 등축결정립의 공정조직으로 변화시킨다. 653K은 기지합금의 공정온도로서 이를 24시간 가열한 후 수냉시키므로써 섬유의 파손은 거의 없이 기지금속을 약 0.5㎛정도의 매우 미세한 등축결정립 조직으로 변화시킬 수 있다. 본 발명에서는 이같이 열처리만으로 섬유를 손상시키지 않으면서 기지조직이 매우 미세한 복합재료가 된다.

이상의 본 발명에 따른 제조방법으로 얻은 복합재료를 적당한 온도와 변형속도로 소성가공하면 매우 적은 힘으로도 최고 150% 이상의 소성변형이 가능해지는데, 소성가공 조건은 200~320℃에서 5×10^-2~5×10/sec의 변형속도인 것이 바람직하다.

소성가공한 제품은 다시 공정온도인 653K에서 4시간 이상 가열한 후 서냉시키면 기지조직은 매우 조대한 층상조직으로 변하며, 쉽게 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(일본, 동해카본 제품)을 사용하였으며, 직경 0.1~1㎛, 길이 30~100㎛ 정도의 휘스커를 직경 30mm이고, 높이 100mm인 원주형으로 체적비가 10% 되도록 예비성형체를 성형하였다.

그리고, 이를 금형에 설치하고 여기에 78%아연 -22%알루미늄 합금을 680℃ 온도, 80MPa의 압력으로 예비성형체에 침투시키고 고압주조에 의해 주조하였다. 이때, 응고완료까지 1분간 가압력을 유지시켰다.

그 다음 이 복합재료를 653K에서 24시간 가열한 후 급냉시켰다.

[실시예 2]

상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 복합재료를 제조하되, 다만 예비성형체 제조시 체적비를 20% 되도록 하였다.

[실시예 3]

상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 복합재료를 제조하되, 다만 강화재로서 Si₃N₄휘스커를 사용하여 예비성형체를 제조하였다.

[비교예 1]

상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 복합재료를 제조하되, 다만 기지합금으로 알루미늄 합금(2024)을 사용하였다.

[비교예 2]

상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 복합재료를 제조하되, 다만 기지합금으로 마그네슘 합금(AZ91)을 사용하였다.

[실험예 1]

상기 실시예 1 및 비교예 1~2에 따라 제조된 복합재료를 열간압출하였다. 이때, 열간압출조건은 압출비 1/25이며, 압출온도는 실시예 1의 복합재료는 533K, 비교예 1은 673K, 그리고 비교예 2의 복합재료는 633K 이다.

이와같이 열간압출했을 때의 각각의 복합재료의 부피비에 따른 변형저항은 제 1 도에 나타낸 바와 같이 실시예 1의 경우 비교예의 복합재료에 비하여 50% 정도로서 매우 낮음을 알 수 있다.

[실험예 2]

상기 실시예 1~3 및 비교예 1~2에 따라 제조된 복합재료에 대하여 각 시험조건에서 변형응력과 변형량을 측정하여 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.

그리고, 실시예 1~3에 따라 제조된 복합재료를 5×10^-2~5×10/sec의 변형속도로 압출변형시킨 후 653K 에서 4시간 이상 가열한 후 서냉시켜 복합재료의 기지조직을 조대화시켜 탄성계수, 인장강도 및 변형율을 측정하여 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.

[표 1]

[표 2]

본 발명에 따라 제조된 복합재료는 상기한 바와 같이 소성가공성이 향상되었고 기계적 특성이 우수하며 성형성이 우수하여 해당 분야에 유용하게 사용될 수 있다.

Claims (2)

1. SiC, Si₃N₄, K₂O·6TiO₂및 9Al₂O₃·2B₂O₃휘스커 중에서 선택된 1종 이상의 강화재를 사용하여 예비성형체를 제조하는 공정,

   상기 예비성형체를 금형에 설치하고, 여기에 아연-알루미늄, 마그네슘-알루미늄 및 알루미늄-구리계의 공정합금 중에서 선택된 기지합금 용탕을 붓은 다음, 620~700℃에서 30~100MPa의 압력하에서 고압주조하는 공정, 그리고

   653K에서 24시간 가열한 후 급냉하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 복합재료의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 기지합금으로는 78%아연-22%알루미늄 공정합금을 사용하는 것을 특징으로 하는 복합재료의 제조방법.