KR100526302B1 - 알루미늄-규소 합금의 결정립 미세화제 - Google Patents

Abstract

본발명은 탄화티타늄을 이용한 알루미늄 규소 합금의 결정립 미세화제에 관한 것으로서, Al-7Si 합금에 TiC를 첨가하여 Al-3%Ti-0.2%C 결정립 미세화제에 관한 것이다.

Description

알루미늄-규소 합금의 결정립 미세화제{Additive for miniaturing crystallization of aluminium-silicon alloy}

본 발명은 탄화티타늄을 이용한 알루미늄 규소 합금의 결정립을 미세화시키는 합금조성에 관한 것으로써 보다 구체적으로는 Al-7Si 합금에 TiC를 첨가하여 Al-Ti-C 미세화 합금이 생성되는 알루미늄 규소 합금의 결정립 미세화제에 대한 것이다.

일반적으로 주조합금에 있어서의 결정립의 크기는 기계적 성질에 중요한 영향을 미치고 있다. 따라서 결정립 미세화는 알루미늄과 그 합금의 주조에 있어서 하나의 중요한 공정이 된다.

지난 수십년간 알루미늄 합금의 결정립 미세화에 대한 많은 연구가 진행되어 왔는데 이러한 연구들은 대부분 상업용 미세화제의 개발에 국한되어 왔다.

그러나 Al-Si 합금에 있어서 미세화제 첨가에 의한 결정립 미세화에 관한 연구는 아직까지 많은 연구가 되어 있지 않았다.

이전에 Al-Si 합금의 결정립 미세화에 대하여 일부 연구된 적은 있지만 대부분 Al-Ti, Al-Ti-B 또는 Al-B 미세화제에 대한 연구에 국한되었다.

하지만, 새로운 Al-Ti-C 미세화제를 사용한 Al-7Si 합금에 대해서는 연구 개발된 적이 없다.

그러므로 본 출원인은 아공정 Al-Si 합금의 결정립 미세화제로Al-3% Ti-0.2% C 합금 조성을 개발하였다.

한편, 알루미늄 합금에 있어서 주요 불순물은 Fe와 Si이나 Al-Ti-C 미세화제로 처리된 Al-Si 합금에 있어서 Fe에 의한 결정립 미세화 효과에 관한 조사가 진행되지 않아 본발명에서는 미세화 효과에 미치는 Fe 함량의 영향에 대해서도 연구하였다.

또한 알루미늄 합금의 미세화 효과는 여러가지 인자에 의해 영향을 받는데 본 실험에서는 미세화제 첨가량, 용탕의 주입온도 및 보존시간에 대해서도 연구하였다.

본발명은 상기와 같이 Al-Si 합금에 있어 결정립 미세화제로 TiC가 시도된 적이 없는 것을 Al-3% Ti-0.2% C 미세화제를 개발하여 Al-Si 합금의 결정립 미세화에 적용하는 것을 발명의 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 먼저 미세화제 화학조성물을 다음과 같이 제조하였다.

표 1

합금	Ti	B	C	Fe	Si	Mn	Zn	Al
성분 %	3.09	0.01	0.2	0.97	0.05	0.01	0.01	잔부

(실시예)

출발물질인 Al-7Si 합금은 순도(99.7%)Al에 7%Si를 첨가하여 전기저항로에서 1시간동안 720℃ 온도로 용해하였다.

위 용탕을 0.03% sr로 개량화 처리한 후 용탕을 주형에 주입하기 10분전에 Al-Ti-C 미세화제(0.6g per 300g)를 첨가하여 미세화처리 하였다.

상기 용탕을 높이 100㎜, 지름 35㎜, 두께 0.5㎜의 금형에 주입하고 이 금형을 750℃의 온도에서 약 10분간 예열하였다. 금형의 바같은 외부로부터 열의 소실을 막기 위해 세라믹 울로 감싸고 그 밑은 동냉각판에 부착시켜 일방향응고를 시켰다.

응고된 시편은 중심을 축으로하여 세로로 두부분으로 절단한 후 한쪽은 준비된 부식액(12㎖ HCl, 6㎖ HNo₃, 1㎖ H₂O)으로 부식시켜 시편 표면의 마크로 조직을 광학 현미경으로 관찰하였다.

다른쪽 시편은(밑으로부터 70㎜ 위쪽부분)아노다이징(Anodizing)시켜 결정립 크기의 변화를 측정하였고 나머지 부분(60∼70㎜)은 부식액(Dllute Keller's Reagent)으로 부식시켜 SEM(전자 현미경)으로 미세조직을 관찰하였다.

위와같은 실시예에 따라 나타난 결정립 미세화에 미치는 각 원소의 영향을 살펴보면,

Fe는 Al-Si 합금에 있어 Fe의 함량이 증가할 수 록 주상정이 현저하게 나타나는 것을 알 수 있으나 Al-3Ti-0.2C의 미세화제 합금을 첨가하면 주상정은 사라지고 전체적으로 시편의 밑으로부터 윗부분까지 작은 등축정이 형성되는 것을 볼 수 있었다.

또한 0.3%의 Fe를 첨가한 시편의 경우 Fe를 첨가하지 않는 시편보다 더 작은 결정립을 관찰할 수 있었다. 그러나 Fe의 양을 0.3%보다 많이 첨가할수록 결정립의 크기는 증가하였다.

이러한 현상은 0.3%의 Fe 첨가는 Al-Si 합금의 미세화 처리를 도와주는 것으로 생각되어지며 이 이상으로 첨가할수록 Al-7Si 합금의 미세화 효과는 감소되는 것으로 조사되었다.

또한 Al-7Si 합금에 0.9% Fe를 첨가한 합금에 미세화제를 첨가하여 750℃에서 용해 후 10분간 온도를 유지한 후 주입한 결정립의 크기를 보면 Al-7Si 합금과 Al-7Si-0.9Fe 합금 모두 미세화제 첨가량이 증가할수록 결정립의 크기는 감소하였다.

특히 0.006%Ti의 첨가량에 의해서 결정립의 크기는 급격히 감소되었다.

한편, 결정립 미세화에 미치는 용탕 온도의 영향을 살펴보면,

Al-7Si 합금과 Al-7Si-0.9Fe 합금을 0.006%Ti로 미세화 처리 후 용탕온도를 용융점보다 100K, 150K, 200K 높게 처리한 다음 10분간 용탕을 유지시킨 후 각각 주형에 주입한 후 냉각하여 결정립의 크기를 측정해 본 결과, Al-7Si 합금과 Al-7Si-0.9Fe 합금은 용탕온도 150K이상 높일때 결정립 미세화 효과는 감소되었다.

특히 주입온도 200K이상 높일때 미세화 효과는 완전히 감소되어 미세화제를 첨가하지 않는 합금의 경우와 같이 주상정 조직이 나타났다.

이상에서 설명한 바와같이 Al-3Ti-0.2C로 미세화제로 처리한 Al-7Si 합금에 있어서는 Fe 함유량 주입온도, 미세화제 첨가량에 따라 결정립에 미치는 효과를 얻을 수 있었으며 요약하면,

미세화제 첨가량의 증가에 따라 결정립의 크기는 감소하였고 미세화 처리후 용탕을 오래 방치하거나 용탕의 온도를 150K이상 높일시 결정립의 크기는 증가하였다.

Claims (1)

1. 알루미늄 합금의 결정 미세화제의 화학조성에 있어서,

   Ti 3중량%, C 0.2중량%, 잔부는 Al으로 조성된 알루미늄-규소 합금의 결정립 미세화제.