KR100254821B1 - 알루미늄합금 분말을 이용한 직접산화에 의한 알루미나-알루미늄계 복합체의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알루미늄 합금 분말과 알루미나 분말을 혼합하고 성형한 후 직접 산화에 의한 무가압 소결하여 알루미나-알루미늄계 복합체를 제조하는 방법에 관한것으로서, 소결시간이 짧고 후가공이 필요없어 공정이 간단한 알루미나-알루미늄계 복합체의 제조방법에 관한 것이다.

Description

알루미늄 합금 분말을 이용한 직접산화에 의한 알루미나-알루미늄계 복합체의 제조방법

본 발명은 알루미늄 합금 분말과 알루미나 분말을 혼합하고 성형한 수 직접 산화에 의한 무가압 소결하여 알루미나-알루미늄계 복합체를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 소결시간이 짧고 후가공이 필요없어 공정이 간단한 알루미나-알루미늄계복합체의 제조방법에 관한 것이다.

세라믹 미립자, 위스커(whisker), 섬유 등과 같은 충전재를 포함하는 강화상 또는 보강상을 매립하고 있는 금속 기질로 이루어진 복합체는 상기 강화상의 강도 및 경도와 상기 금속 기질의 연성 및 인성을 동시에 갖기 때문에 다양한 용도로 사용할 수 있다. 일반적으로, 금속 기질 복합체는 기질 금속 자체에 비해 강도, 강성도, 접촉 마모내성 및 고온에서의 강도 유지 특성 등과 같은 성질의 향상을 보여준다. 어떤 경우, 상기 복합체는 같은 크기의 기질 금속체보다 더 가벼울 수 있다. 그러나, 상기 성질들의 개선 정도는 사용된 특정의 구성 물질, 복합체내에 각각의 체적 분율 또는 중량 분율 및 상기 복합체를 형성하는데 사용되는 처리방법에 좌우 된다.

알루미늄 기질-알루미나 충전된 복합체의 제조에 있어서, 용융 알루미늄을 사용하는 경우, 용융 알루미늄은 알루미나 보강재를 쉽게 습윤시키지 않으므로 응집하는 제품을 제조하기가 어렵다.

이러한 문제를 해결하기 위한 방법으로 종래에는 알루미나에 습윤제를 사용하여 피복 또는 코팅하여 알루미늄의 침투 및 산화를 돕게 하고 알루미늄의 직접산화에 의하여 복합체를 제조하였다. 즉, 알루미나의 프리폼을 제조한 후, 다시 여기에 알루미늄의 산화 및 침투를 돕게 하는 Mg, Sn, Zn등의 도판트(dopant)물질을 코팅하고 상기 도판트가 코팅된 알루미나 프리폼을 알루미늄 용탕 내에 담구어 알루미늄 용탕을 침투시킨다. 다른 방법으로, 도 1에서 보는 바와 같이 알루미늄 분말과 주석 분말을 혼합, 성형하고, 상기의 도판트 물질을 알루미늄 성형체의 한쪽 표면 또는 알루미나 프리폼의 한 쪽 표면에 코팅을 한 후, 알루미늄 성형체와 알루미나 프리폼을 첩촉, 가열하여 알루미늄을 침투시킨다. 알루미늄을 침투시킨후에는 다시 성형하고 이어서 직접산화에 의하여 소결처리하여 복합체를 제조한다. 그러나 상기의 종래방법은 알루미늄을 알루미나 프리폼에 침투시키기 위하여 알루미늄 용탕 내에 알루미나 프리폼을 담구거나 알루미나 프리폼과 알루미늄 성형체를 첩촉, 가열처리하기 때문에 알루미늄의 침투후에도 알루미나 프리폼의 표면에 알루미나가 남아 있게 되어 후처리 공정이 필요하게 되므로 제조공정이 복잡하게 되는 문제점이 있었다.

이에 본 발명자는 상기와 같은 문제점을 제거하기 위하여 연구한 결과, 알루미늄 합금 분말을 이용함으로써 상기 종래기술의 문제점을 해결할 수 있음을 알고 본 발명을 완성하였다.

본 발병은 소결시간이 짧고 후가공이 필요 없어 공정이 간단한 알루미나-알루미늄계 복합체의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

제1도는 종래기술의 알루미나-알루미늄계 복합체의 제조공정 순서도.

제2도는 본 발명의 알루미나-알루미늄계 복합체의 제조공정 순서도.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 알루미나-알루미늄계 복합체의 제조방법은 알루미늄 합금 분말과 알루미나 분말을 혼합하고 성형한 후 직접한화에 의하여 무가압 소결하여 알루미나-알루미늄계 복합계를 제조하는 것이다.

본 발명에서 사용되는 알루미늄 합금은 종래 알루미나 프리폼에 알루미늄의 산화 및 침투를 돕게 하기 위하여 Mg, Sn, Zn 등의 도판트 물질을 코팅하는 과정을 없애기 위하여 상기 도판트 물질을 포함하여 제조된다. 상기 알루미늄 합금은 급냉 응고법을 사용하여 제조할 수 있다.

본 발명의 알루미늄 합금은 분말 상태로 순수한 알루미나 분말과 혼합된다. 알루미늄 합금 분말과 순수한 알루미나 분말의 혼합은 통상의 혼합기를 사용하여 수행될 수 있으며, 특히 이중 콘 혼합기(double con mixer)를 사용 할 수 있다.

상기와 같이 혼합된 분말들은 압축 성형된다. 성형 프레스로는 기계식 프레스 또는 유압식 프레스를 사용할 수 있으며 , 성형은 약 100MPa의 압력 범위에서 통상 행해진다.

상기 성형된 재료는 1100 내지 1200 ℃의 소결로에서 소결처리된다. 소결시간은 약 5시간 정도면 충분하다. 소결분위기 가스로는 직접 산화에 의하여 무가압 소결하기 위하여 무가압 상태의 공기를 사용한다. 소결시 분말상의 알루미늄 합금은 용해되고 이때 알루미늄 합금에 포함된 Mg, Sn, Zn 등의 성분이 도판트 역할을 하며, 알루미늄은 직접산화되어 소결체가 형성된다. 그리하여 소결시간을 짧게 할 수 있고 알루미늄 용탕에 담구는 종래의 방법에서 요구되는 후가공과정이 필요없게 된다.

이렇게 소결된 소결체는 적당한 후처리 가공공정을 거쳐 최종 제품으로 출하된다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명의 예시일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

[실시예]

도 2에서 보는 바와 같이 5%의 Mg이 합금된 알루미늄 합금 분말과 순수한 알루미나 분말을 이중 콘 혼합기를 사용하여 완전히 혼합하였다. 상기 혼합된 분말들을 성형기를 사용하여 100MPa의 압력으로 성형하여 성형체를 얻었다. 이렇게 형성된 알루미늄-알루미나 성형체의 바깥에 알루미나 분말 베드를 설치하고 약 1150℃의 소결로에서 분위기 가스로 공기를 사용하여 약 5시간 동안 소결하였다. 이렇게 소결처리한 재료를 후처리 가공하여 제품화하였다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 알루미늄 합금 분말과 알루미나 분말을 혼합하고 성형한 후 직접산화에 의하여 무가압 소결하여 알루미나-알루미늄계 복합체를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 복합체 제조방법은 소결시간이 짧고 후가공이 필요없어 공정이 간단하다는 잇점이 있다. 그리하여 본 발명의 복합체 제조방법에 의하여 용이하게 알루미나-알루미늄계 복합체의 제조할 수 있다.

Claims (2)

1. 알루미늄 합금 분말과 알루미나 분말을 혼합기로 혼합하고 약 100 MPa에서 압축성형한 후 무가압 상태의 공기에서 직접 산화에 의해 1100 ~1200 ℃로 약 5시간 동안 소결하여 복합체를 제조하는 알루미나-알루미늄계 복합체의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 알루미늄 합금 분말 Mg, Zn, 및 Sn으로 이루어진 군으로 부터 하나 이상 선택된 금속과의 합금인 것을 특징으로 하는 알루미나-알루미늄계 복합체의 제조방법.

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