KR101295809B1 - Cr-W solid solution phase strengthened aluminum alloys and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

크롬-텅스텐 전율고용체 강화형 알루미늄 합금 및 그 제조방법이 제공된다. 일 실시예에 따르면, 제 1 함량의 크롬-텅스텐 전율고용체를 포함하는 1차 알루미늄 합금을 제조한다. 상기 1차 알루미늄 합금을 알루미늄 용탕에 투입하여 용해시킨다. 상기 알루미늄 용탕을 주조하여, 상기 제 1 함량보다 작은 제 2 함량의 크롬-텅스텐 전율고용체를 갖는 2차 알루미늄 합금을 제조한다.Provided are a chromium-tungsten electrolytic solid-reinforced aluminum alloy and a method of manufacturing the same. According to one embodiment, a primary aluminum alloy is prepared comprising a first content of chromium-tungsten tremor solids. The primary aluminum alloy is added to the molten aluminum to dissolve it. The molten aluminum is cast to prepare a secondary aluminum alloy having a second content of chromium-tungsten electrolytic solids less than the first content.

Description

크롬-텅스텐 전율고용체 강화형 알루미늄 합금 및 그 제조방법{Cr-W solid solution phase strengthened aluminum alloys and manufacturing method thereof}Cr-W solid solution phase strengthened aluminum alloys and manufacturing method

본 발명은 알루미늄 합금에 관한 것으로, 보다 상세하게는 알루미늄에 크롬(Cr) 및 텅스텐(W)을 합금원소로 첨가하여 알루미늄 기지에 크롬-텅스텐 전율고용체를 형성시킴으로써 고온에서도 탁월한 내열특성을 보이는 크롬-텅스텐 전율고용체 강화형 알루미늄 합금 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an aluminum alloy, and more particularly, by adding chromium (Cr) and tungsten (W) as an alloying element to aluminum to form a chromium-tungsten electrolytic solid at an aluminum base, thereby showing excellent heat resistance even at high temperatures. The present invention relates to a tungsten thermal solid solution-reinforced aluminum alloy and a method of manufacturing the same.

일반적으로 현재까지 개발된 내열 알루미늄 합금은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기지에 Al-Si-천이원소 금속간화합물 또는 Al-X(Fe, Cu, Cr, Mn, Ti) 금속간화합물을 분산 제어함으로써 내열특성을 구현하고 있다. 이때 이러한 금속간화합물들은 액상에서 고상으로의 응고시 알루미늄 기지에 정출되게 하거나 또는 알루미늄 합금의 열처리를 통해 알루미늄 기지에 석출되게 할 수 있다. In general, heat-resistant aluminum alloys developed to date are characterized by controlling the heat-resistance characteristics by controlling the dispersion of Al-Si-transition intermetallic compounds or Al-X (Fe, Cu, Cr, Mn, Ti) intermetallic compounds on aluminum or aluminum alloy bases. Implement. At this time, the intermetallic compounds may be precipitated on the aluminum base during solidification from the liquid phase to the solid phase or precipitated on the aluminum base through heat treatment of the aluminum alloy.

그러나 이와 같이 알루미늄 및 알루미늄 합금 기지에 금속간화합물을 정출 또는 석출로 내열특성을 향상시켜온 합금은 200℃이상의 환경에서 내열특성이 저하되는 문제점이 있다.However, the alloy that has improved the heat resistance by crystallization or precipitation of the intermetallic compound on the aluminum and aluminum alloy base as described above has a problem in that the heat resistance is lowered in an environment of 200 ° C. or higher.

즉, 종래 내열 알루미늄 합금은 200℃이상에서 장시간 유지된 경우 정출 또는 석출된 금속간화합물이 열역학적 평형을 유지하기 위하여 기지인 알루미늄과 반응하여 새로운 중간상을 형성하거나, 금속간화합물이 조대화 됨에 따라 크랙(crack)의 발생 및 전이가 일어나게 된다. 이러한 문제점으로 인해 종래의 내열 알루미늄 합금은 200℃이상의 고온 환경에서의 사용이 제한되어 왔다. That is, the conventional heat-resistant aluminum alloy is cracked as the intermetallic compound crystallized or precipitated when reacted with a known aluminum to maintain a thermodynamic equilibrium when it is maintained for a long time at 200 ℃ or more, or as the intermetallic compound is coarsened The occurrence and transition of cracks will occur. Due to this problem, the conventional heat-resistant aluminum alloy has been limited to use in a high temperature environment of more than 200 ℃.

한편, 알루미늄 복합재료의 경우에는 알루미늄 합금의 기지에 질화물, 붕화물, 산화물 및 탄화물을 강화상으로 분산시켜 내열특성을 구현하도록 하고 있다. 이러한 알루미늄 기지 복합재료는 금속간화합물을 이용한 내열합금보다 내열 특성이 우수하다.Meanwhile, in the case of an aluminum composite material, nitrides, borides, oxides, and carbides are dispersed in a reinforced phase on the base of an aluminum alloy to realize heat resistance characteristics. Such aluminum matrix composites have better heat resistance than heat-resistant alloys using intermetallic compounds.

그러나 이들 알루미늄 기지 복합재료는 강화상을 균일하게 제어하는 것이 어렵고, 분말을 이용한 복합재료의 경우 가격경쟁력이 없으며, 알루미늄 기지와 강화상간에 계면반응이 발생될 경우에는 그 특성이 급격하게 저하되는 근본적인 문제점이 있다. However, these aluminum matrix composites are difficult to control the reinforcement phase uniformly, and there is no price competitiveness in the case of the composite material using powder, and the fundamental characteristics of the aluminum matrix composites are sharply degraded when an interfacial reaction occurs between the aluminum matrix and the reinforcement phase. There is a problem.

즉, 상기와 같은 금속간화합물 및 복합재료 강화상 내열 알루미늄 합금은 모두 200℃ 이상의 고온에서는 내열특성을 나타내는 금속간화합물이나 강화상이 불필요한 반응을 함에 따라 오히려 상기 내열합금의 내열특성이 급격하게 저하되는 문제점이 있었다.That is, both the intermetallic compound and the composite material-reinforced phase heat-resistant aluminum alloy are both at a high temperature of 200 ° C. or higher, and thus the heat-resistance characteristics of the heat-resistant alloy rapidly decrease as the intermetallic compound or the reinforcement phase reacts unnecessarily. There was a problem.

아울러 현재까지 개발된 내열 알루미늄 합금을 비롯하여 대부분의 상용 알루미늄 합금은 대부분 10종 이상의 첨가원소를 포함하고 있어 알루미늄 합금을 재활용할 경우 재용융시 알루미늄과 첨가원소간의 불필요한 반응 등으로 인하여 능동적인 선별이 어렵기 때문에 재활용에 제한이 따르고 있다.In addition, most commercial aluminum alloys, including heat-resistant aluminum alloys developed to date, contain more than 10 additive elements. Therefore, when recycling aluminum alloys, active screening is difficult due to unnecessary reaction between aluminum and the additive elements. Because of this, there are restrictions on recycling.

본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 크롬 및 텅스텐을 합금원소로 하여 고온에서도 기지금속인 알루미늄과 반응하여 조대화 되거나 상분해가 발생하지 않는 안정한 강화상을 형성하는 크롬-텅스텐 전율고용체 강화형 알루미늄 합금 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the conventional problems, chromium-tungsten conductivity to form a stable reinforcement phase that does not coarse or phase decomposition occurs by reacting with chromium and tungsten as an alloying element and aluminum as a base metal even at high temperatures An object of the present invention is to provide a solid solution reinforced aluminum alloy and a method of manufacturing the same.

또한, 본 발명은 희석화를 통해 알루미늄 기지 내 크롬-텅스텐 전율고용체의 조성 및 크기가 상대적으로 감소된 크롬-텅스텐 전율고용체 강화형 알루미늄 합금을 제조하는 방법의 제공을 또 다른 목적으로 한다. It is another object of the present invention to provide a method for producing a chromium-tungsten shiver solid-solution-enhanced aluminum alloy in which the composition and size of the chromium-tungsten shiver solid solution in the aluminum matrix are relatively reduced through dilution.

본 발명의 일측면에 의하면, 제 1 함량의 크롬-텅스텐 전율고용체를 포함하는 1차 알루미늄 합금을 제공하는 단계, 상기 1차 알루미늄 합금을 알루미늄 용탕에 용해시키는 단계 및 상기 알루미늄 용탕을 주조하여, 상기 제 1 함량보다 작은 제 2 함량의 크롬-텅스텐 전율고용체를 포함하는 2차 알루미늄 합금을 제조하는 단계를 포함하는 크롬-텅스텐 전율고용체 강화형 알루미늄 합금의 제조방법이 제공된다.According to one aspect of the invention, the step of providing a primary aluminum alloy comprising a first content of chromium-tungsten conductivity solid solution, dissolving the primary aluminum alloy in an aluminum molten metal and casting the aluminum molten metal, A method for producing a chromium-tungsten electrified solid-enhanced aluminum alloy comprising the step of preparing a secondary aluminum alloy comprising a second content of chromium-tungsten electrified solid less than the first content is provided.

상기 1차 알루미늄 합금을 제공하는 단계는 크롬-텅스텐 모합금을 제공하는 단계, 제 1 알루미늄 용탕에 상기 크롬-텅스텐 모합금을 투입하여 용해시키는 단계 및 상기 제 1 알루미늄 용탕을 주조하는 단계를 포함할 수 있다. Providing the primary aluminum alloy may include providing a chromium-tungsten mother alloy, injecting and dissolving the chromium-tungsten mother alloy in a first aluminum molten metal, and casting the first aluminum molten metal. Can be.

이때 상기 1차 알루미늄 합금을 제공하는 단계는 플라즈마 아크 용해법 또는 진공 유도 용해법을 이용한 용해 단계를 포함할 수 있다. In this case, the providing of the primary aluminum alloy may include a melting step using a plasma arc melting method or a vacuum induction melting method.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 전술한 제조방법에 의해 제조된 알루미늄 합금이 제공될 수 있다.According to another aspect of the present invention, an aluminum alloy produced by the above-described manufacturing method may be provided.

상술한 바와 같이 본 발명에 따라 제조된 크롬-텅스텐 전율고용체 강화형 알루미늄 합금은 고온에서도 알루미늄 기지와 반응하지 않는 크롬-텅스텐 전율고용체가 알루미늄 기지에 미세하게 분포됨에 따라 300℃ 이상의 고온에서도 탁월한 내열특성을 갖는다.As described above, the chromium-tungsten electrolytic solid-solution-enhanced aluminum alloy prepared according to the present invention has excellent heat resistance even at high temperatures of 300 ° C. or higher due to the fine distribution of the chromium-tungsten electrolytic solid which does not react with the aluminum matrix even at high temperatures. Has

따라서 종래 내열 알루미늄 합금의 한계로 적용할 수 없었던 디젤엔진의 피스톤 및 항공기 부품에 적용함으로써 경량화효과를 극대화 할 수 있고, 현재 사용하고 있는 자동차 엔진의 내열한계를 높여서 연비향상을 추구할 수 있다.Therefore, by applying to the piston and aircraft parts of the diesel engine that could not be applied to the limit of the conventional heat-resistant aluminum alloy, it is possible to maximize the weight reduction effect, and to improve fuel efficiency by increasing the heat resistance limit of the currently used automotive engine.

또한 크롬-텅스텐 전율고용체의 조성이 높은 알루미늄 합금을 1차 알루미늄합금으로 이용하여 이를 알루미늄 용탕 내에서 희석화 하여 2차 알루미늄 합금을 제조할 수 있음으로 인해 목적하는 조성의 알루미늄 합금의 제조를 용이하게 수행할 수 있다.In addition, since the aluminum alloy having a high composition of the chromium-tungsten electrolytic solid solution is used as the primary aluminum alloy, it can be diluted in the molten aluminum to prepare a secondary aluminum alloy, thereby easily manufacturing the aluminum alloy having a desired composition. can do.

도 1은 본 발명에 따른 크롬-텅스텐 전율고용체 강화형 알루미늄 합금의 안정한 고온거동을 나타낸 개념도이다.
도 2는 크롬과 텅스텐의 이원계 상태도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 2차 알루미늄 합금의 제조방법을 나타낸 순서도 이다.
도 4는 본 발명의 일부 실험예에서 제조된 시편의 미세조직을 광학 현미경으로 관찰한 결과이다.
도 5는 본 발명의 일부 실험예에서 제조된 시편을 EPMA(Electron Probe Micro-Analyzer)로 분석한 결과이다.
도 6은 본 발명의 일부 실험예에서 제조된 시편을 300℃에서 200시간 열처리한 후, 열처리된 시편의 미세조직을 광학현미경으로 관찰한 결과이다.
도 7은 본 발명의 일부 실험예에서 제조된 시편의 재용융후 주조한 시편의 미세조직을 광학현미경으로 관찰한 결과이다.
도 8은 본 발명의 일부 실험예에 따라 시편들에 대한 합금 원소의 함량에 따른 전율고용체의 평균크기를 보여주는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일부 실험예에서 2차 알루미늄 합금의 미세조직을 광학현미경으로 관찰한 결과이다.1 is a conceptual diagram showing the stable high temperature behavior of the chromium-tungsten conductivity solid-solid aluminum alloy according to the present invention.
Figure 2 shows a binary state diagram of chromium and tungsten.
3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a secondary aluminum alloy according to the present invention.
Figure 4 is a result of observing the microstructure of the specimen prepared in some experimental examples of the present invention with an optical microscope.
5 is a result of analyzing the specimen prepared in some experimental examples of the present invention with an Electron Probe Micro-Analyzer (EPMA).
6 is a result of observing the microstructure of the heat-treated specimen after the heat treatment at 300 ℃ 200 for a sample prepared in some experimental examples of the present invention with an optical microscope.
7 is a result of observing the microstructure of the cast specimen after remelting the specimen prepared in some experimental examples of the present invention with an optical microscope.
Figure 8 is a graph showing the average size of the electrification solid solution according to the content of the alloying element for the specimen in accordance with some experimental examples of the present invention.
9 is a result of observing the microstructure of the secondary aluminum alloy in some experimental examples of the present invention with an optical microscope.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 측면으로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the intention is not to limit the invention to the precise form disclosed and that the invention is not limited thereto. It is provided to let you know.

본 발명의 실시예들에서, 알루미늄 합금은 주원소인 알루미늄에 하나 또는 그 이상의 합금 원소가 첨가된 합금을 지칭할 수 있다. 또한, 알루미늄 용탕은 순수 알루미늄으로 이루어진 용탕 또는 순수 알루미늄에 하나 또는 그 이상의 합금 원소가 첨가된 알루미늄 합금의 용탕을 포함하는 넓은 의미로 사용된다.In embodiments of the present invention, the aluminum alloy may refer to an alloy in which one or more alloying elements are added to aluminum which is a main element. In addition, aluminum molten metal is used in a broad sense to include a molten metal made of pure aluminum or a molten aluminum alloy in which one or more alloying elements are added to pure aluminum.

본 발명의 실시예들에서, 전율고용체란 어느 한 합금 원소가 실질적으로 모든 조성 범위에서 다른 합금원소에 고용되는 합금을 지칭할 수 있다.In embodiments of the present invention, the electrifying solid solution may refer to an alloy in which one alloy element is dissolved in another alloy element in substantially all composition ranges.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 알루미늄 합금의 고온거동을 개략적으로 설명한 나타낸 개념도이다.1 is a conceptual diagram schematically illustrating a high temperature behavior of an aluminum alloy according to embodiments of the present invention.

도 1을 참조하면, 알루미늄 합금(100)은 알루미늄 기지(101)에 별개의 상을 이루면서 분포된 전율고용체(102)를 포함한다. 전율고용체(102)를 이루는 합금원소들은 알루미늄에 대해 실질적으로 고용도를 갖고 있지 않다. 이러한 합금원소로서 크롬과 텅스텐이 선택될 수 있다. 즉, 크롬 및 텅스텐은 알루미늄에 대해 실질적으로 고용도가 존재하지 않는다. 또한 크롬과 텅스텐은 서로 전율고용체를 이룰 수 있다. Referring to FIG. 1, the aluminum alloy 100 includes a tremor solid solution 102 distributed in a separate phase on the aluminum base 101. The alloying elements that constitute the tremor solid solution 102 do not have a substantially solid solubility for aluminum. As such alloying elements, chromium and tungsten may be selected. That is, chromium and tungsten are substantially free of solid solution with respect to aluminum. In addition, chromium and tungsten can form a tremor solid solution.

도 2에 도시된 바와 같이, 크롬과 텅스텐은 서로 전율고용체를 형성하며 알루미늄의 융점인 660℃보다 현저하게 높은 1800℃에서도 전율고용체가 고상으로 안정하게 존재하고 있는 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 2, chromium and tungsten form a thermally solid solution, and it can be seen that the thermally solid solution is stably present in the solid phase even at 1800 ° C., which is significantly higher than the melting point of aluminum, 660 ° C.

즉, 크롬-텅스텐 전율고용체(102)는 알루미늄의 융점 이상까지도 안정한 상을 유지할 수 있으므로, 이러한 크롬-텅스텐 전율고용체(102)가 알루미늄 기지(101)에 분포되는 경우 알루미늄의 융점 부근의 높은 온도를 나타내는 환경에서도 크롬-텅스텐 전율고용체(102)가 분해되지 않고 안정한 상을 유지하게 된다.That is, since the chromium-tungsten electrified solid 102 can maintain a stable phase even above the melting point of aluminum, when the chromium-tungsten electrified solid 102 is distributed in the aluminum base 101, a high temperature near the melting point of aluminum is maintained. Even in the environment shown, the chromium-tungsten electrolytic solid body 102 does not decompose and maintains a stable phase.

알루미늄 합금(100)에서 이러한 크롬-텅스텐 전율고용체(102)는 알루미늄 기지(101) 상에 분포하고, 200℃이상의 고온에서도 알루미늄 기지(101)와 전혀 반응하지 않는 안정한 강화상으로 존재하기 때문에 분해되거나 조대화 되지 않는다. 또한, 알루미늄의 융점까지 가열하여도 전율고용체(102)가 안정적으로 존재하게 되므로 알루미늄 합금(100)을 재용융 후 다시 응고하더라도 기 형성된 전율고용체(102)의 강화상이 안정적으로 존재할 수 있다.In the aluminum alloy 100, such a chromium-tungsten electrified solid 102 is decomposed because it is distributed on the aluminum base 101 and exists as a stable reinforcement phase that does not react with the aluminum base 101 at all even at a high temperature of 200 ° C. or higher. It is not coarse. In addition, even when heated to the melting point of the aluminum, since the tremor solid solution 102 is stably present, even if the aluminum alloy 100 is resolidified and solidified again, the reinforcement phase of the preformed tremor solid solution 102 may be stably present.

알루미늄 합금(100)에서, 크롬-텅스텐 전율고용체(102)의 함량은 다양한 범위를 가질 수 있으며, 예컨대 1 중량% 내지 40 중량%의 범위를 가질 수 있다. 나아가, 전율 고용체(120)의 함량은 후술하는 바와 같이 그 평균크기를 고려하여, 0.5 초과 10 중량% 미만의 범위를 가질 수 있다. 더 나아가, 전율 고용체(120)의 함량은 알루미늄 합금(100)의 주조시 용탕의 유동성을 고려하여 2% 이내, 특히 1% 이내로 제한될 수 있다.In the aluminum alloy 100, the content of the chromium-tungsten electrifying solid 102 may have various ranges, for example, may range from 1% to 40% by weight. Furthermore, the content of the electrolytic solid solution 120 may have a range of more than 0.5 and less than 10% by weight in consideration of the average size as described below. Furthermore, the content of the electrolytic solid solution 120 may be limited to within 2%, in particular within 1% in consideration of the fluidity of the molten metal during casting of the aluminum alloy 100.

크롬-텅스텐 전율고용체(102)에 있어서, 크롬과 텅스텐은 전율고용체를 형성하는 원소들이기 때문에 조성비에 대해서 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 크롬의 함량이 10 중량% 내지 90 중량%의 범위이고, 나머지가 텅스텐으로 이루어질 수 있다.In the chromium-tungsten electrolytic solid body 102, since chromium and tungsten are elements which form the electrolytic solid solution, the composition ratio is not particularly limited. For example, the content of chromium is in the range of 10% to 90% by weight, with the remainder being made of tungsten.

본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 합금의 제조방법에 따르면, 크롬 및 텅스텐을 미리 용해하여 크롬-텅스텐 합금을 제조한 후, 제조된 크롬-텅스텐 모합금을 알루미늄 용탕에 첨가하여 크롬-텅스텐 합금이 용해되면 용탕을 주조함으로써 알루미늄 합금을 제조할 수 있다.According to the method of manufacturing an aluminum alloy according to an embodiment of the present invention, after chromium and tungsten are dissolved in advance to prepare a chromium-tungsten alloy, the chromium-tungsten mother alloy is added to the aluminum molten metal to dissolve the chromium-tungsten alloy. When the molten metal can be cast, an aluminum alloy can be produced.

상술한 알루미늄 용탕을 제조하기 위한 용해법으로 다양한 용해법이 가능하며, 예를 들어 플라즈마 아크 용해법(plasma arc melting method) 또는 유도 용해법(induction melting method) 등이 가능하다. 플라즈마 아크 용해법은 열원으로 플라즈마 아크를 사용하며, 저진공에서 대기압까지 넓은 범위에 걸쳐 용해가 가능하며, 유도 용해법은 전자유도 작용에 의하여 도체에 코일의 전류와 반대 방향의 와전류(eddy current)가 흘러 발생하는 주울열(Joule heat)에 의하여 금속도체를 가열, 용해하는 것으로, 용탕의 강한 교반작용에 의하여 성분과 온도 제어가 용이하다. 이에 따라, 플라즈마 아크 용해법 또는 유도 용해법을 이용한 경우, 국부적으로 고온 용해가 가능하여, 고융점 합금원소의 용해가 가능하다. 이와 같은 본 발명에 따르면, 용탕 내에서 고융점 합금원소들간의 전율고용체 형성이 가능해진다.Various melting methods are possible as the melting method for producing the above-mentioned aluminum molten metal, for example, a plasma arc melting method or an induction melting method. Plasma arc dissolution method uses plasma arc as a heat source, and it can dissolve over a wide range from low vacuum to atmospheric pressure. Induction dissolution method flows eddy current in the opposite direction of coil current to conductor by electromagnetic induction. By heating and melting the metal conductor by Joule heat generated, it is easy to control the components and temperature by the strong stirring action of the molten metal. Accordingly, when the plasma arc melting method or the induction melting method is used, high temperature melting is possible locally, and high melting point alloy elements can be dissolved. According to the present invention as described above, it is possible to form a tremor solid solution between the high melting point alloy elements in the molten metal.

한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 상술한 방법에 의해 제조된 알루미늄 합금을 모합금으로서 이용하여, 이를 다시 알루미늄 용탕에 첨가하여 희석화 함으로써 크롬-텅스텐 전율고용체의 조성이 감소된 알루미늄 합금을 제조할 수 있다.On the other hand, according to another embodiment of the present invention by using the aluminum alloy prepared by the above-described method as a mother alloy, it is added to the aluminum molten metal and diluted to prepare an aluminum alloy with reduced composition of the chromium-tungsten conductivity solid can do.

이때 크롬-텅스텐 전율고용체를 포함하는 알루미늄 합금으로서, 알루미늄 용탕(제 1 알루미늄 용탕으로 불릴 수 있음)에 모합금으로서 첨가되는 것을 1차 알루미늄 합금이라 정의하고, 1차 알루미늄 합금을 알루미늄 용탕 내에서 희석한 후 주조하여 제조한 것을 2차 알루미늄 합금으로 정의한다.At this time, an aluminum alloy containing a chromium-tungsten electrolytic solid solid, which is added as a mother alloy to an aluminum molten metal (which may be referred to as a first aluminum molten metal) is defined as a primary aluminum alloy, and the primary aluminum alloy is diluted in the aluminum molten metal. After casting, it is defined as a secondary aluminum alloy.

1차 알루미늄 합금의 용해는 다양한 용해법을 이용할 수 있으며, 예를 들어 플라즈마 아크 용해법, 유도 용해법, 또는 전기저항 용해법을 이용할 수 있다. 특히, 전기로를 이용하는 전기저항 용해법의 경우, 산업계 기존 시설을 이용하여 2차 알루미늄 합금을 대량으로 생산할 수 있다.The dissolution of the primary aluminum alloy can use a variety of dissolution methods, for example, plasma arc dissolution method, induction dissolution method, or electrical resistance dissolution method can be used. In particular, in the case of the electric resistance melting method using an electric furnace, it is possible to produce a large amount of secondary aluminum alloy using the existing industrial facilities.

도 3을 참조하면, 제 1 함량의 크롬-텅스텐 전율고용체를 포함하는 1차 알루미늄 합금을 제조한다(S1). 이때 1차 알루미늄 합금의 제조방법은 이미 위에서 상세히 설명하였으므로 생략한다.Referring to FIG. 3, a primary aluminum alloy including a chromium-tungsten electrolytic solid solution of a first content is prepared (S1). At this time, the manufacturing method of the primary aluminum alloy has been omitted since it has already been described in detail above.

다음, 알루미늄 용탕에 기제조한 1차 알루미늄 합금을 첨가하여 용해시킨다(S2). 알루미늄의 용탕온도는 온도는 열손실을 감안하여 알루미늄의 융점인 660℃보다 높은 690℃~750℃ 범위에서 이루어지는 것이 바람직하다. Next, the primary aluminum alloy prepared in the molten aluminum is added and dissolved (S2). It is preferable that the molten metal temperature of aluminum is made in the range of 690 degreeC-750 degreeC higher than 660 degreeC which is a melting point of aluminum in consideration of heat loss.

다음, 1차 알루미늄이 용해된 후 알루미늄 용탕을 주조하여 알루미늄 기지 내에 제 2 함량의 크롬-텅스텐 전율고용체를 갖는 2차 알루미늄 합금을 제조한다. 2차 알루미늄 합금은 1차 알루미늄 합금을 희석한 것이기 때문에, 2차 알루미늄 합금에서 전율고용체의 함량(제 2 함량)은 1차 알루미늄 합금에서 전율고용체의 함량(제 1 함량)보다 작다. 즉, 1차 알루미늄 합금의 희석화에 따라 1차 알루미늄 합금에 비해 2차 알루미늄 합금의 크롬-텅스텐 전율고용체의 함량이 희석화율에 대응하여 감소하게 된다.Next, after the primary aluminum is dissolved, the molten aluminum is cast to prepare a secondary aluminum alloy having a second content of chromium-tungsten tremor solid solution in the aluminum base. Since the secondary aluminum alloy is a dilution of the primary aluminum alloy, the content of the shiver solid solution (second content) in the secondary aluminum alloy is less than the content of the shiver solid solution (first content) in the primary aluminum alloy. That is, as the dilution of the primary aluminum alloy, the content of the chromium-tungsten conductivity solid solution of the secondary aluminum alloy is reduced in correspondence with the dilution ratio compared to the primary aluminum alloy.

예를 들어, 1차 알루미늄 합금에서 크롬-텅스텐 전율고용체의 함량(제 1 함량)은 2차 알루미늄 합금에서 크롬-텅스텐 전율고용체의 함량(제 2 함량)보다 큰 고농도로 선택될 수 있다. 예를 들어, 제 1 함량은 1 내지 40 중량% 범위, 나아가 0.5 초과 내지 10 중량% 미만의 범위를 가질 수 있고, 경우에 따라서 10 내지 40 중량% 범위를 가질 수도 있다. 제 2 함량은 0.5 초과 내지 10 중량% 미만 범위, 나아가 0.5 내지 2 중량% 범위를 가질 수 있다.For example, the content (first content) of the chromium-tungsten tremor solids in the primary aluminum alloy may be selected at a higher concentration than the content (second content) of the chromium-tungsten tremor solids in the secondary aluminum alloy. For example, the first content may have a range of 1 to 40% by weight, further more than 0.5 to less than 10% by weight, and may optionally have a range of 10 to 40% by weight. The second content may have a range of more than 0.5 to less than 10% by weight, further in a range of 0.5 to 2% by weight.

또한, 미세조직에 있어서 2차 알루미늄 내에 포함된 크롬-텅스텐 전율고용체의 평균크기는 1차 알루미늄 내에 포함된 전율고용체의 평균크기보다 작을 수 있다.In addition, in the microstructure, the average size of the chromium-tungsten electrified solid contained in the secondary aluminum may be smaller than the average size of the electrified solid contained in the primary aluminum.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해서 실험예들을 제공한다. 다만, 하기의 실험예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 아래의 실험예들에 의해서 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, experimental examples are provided to help the understanding of the present invention. It should be understood, however, that the following examples are for the purpose of promoting understanding of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.

도 4는 본 발명의 일부 실험예에서 제조된 시편의 미세조직을 광학 현미경으로 관찰한 결과이다. 이때 시편은 SiC 연마지 #200, 400, 600, 800, 1000, 1500, 2400로 순차적으로 연마하고, 최종적으로 1㎛ 크기의 Al2O3 분말을 이용하여 미세연마 하였다.Figure 4 is a result of observing the microstructure of the specimen prepared in some experimental examples of the present invention with an optical microscope. At this time, the specimens were sequentially polished with SiC abrasive paper # 200, 400, 600, 800, 1000, 1500, 2400, and finally polished using Al 2 O 3 powder having a size of 1㎛.

도 4를 참조하면, 알루미늄 합금은 알루미늄 기지에 50-100㎛ 정도 크기의 각진(Facet) 형상의 강화상(화살표)이 존재함을 알 수 있다. Referring to FIG. 4, it can be seen that an aluminum alloy has a facet-shaped reinforcement phase (arrow) of 50-100 μm in size.

도 5는 본 발명의 일부 실험예에서 제조된 시편을 EPMA(Electron Probe Micro-Analyzer)로 맵핑한 결과로, 역시 크롬과 텅스텐이 서로 전율고용체를 형성하고 있음을 확인 할 수 있었다. 이 시편은 유도 용해로에서 알루미늄을 700℃에서 용해하여 알루미늄 용탕을 형성한 후, 700℃로 유지한 상태에서 플라즈마 아크 용해법을 이용하여 크롬 및 텅스텐의 조성이 각각 50중량%가 되도록 제조한 크롬-텅스텐 모합금을 총 3중량%를 용탕에 첨가하였다. 첨가한 크롬-텅스텐 모합금이 완전히 용해될 때 까지 약 30분~60분 정도 유지한 후, 주조하여 알루미늄 합금의 시편을 제조하였다.5 is a result of mapping the specimen prepared in some experimental examples of the present invention to EPMA (Electron Probe Micro-Analyzer), it was confirmed that chromium and tungsten also form a tremor solid solution. This specimen was prepared by dissolving aluminum at 700 ° C in an induction furnace to form an aluminum molten metal, and then maintaining the composition at 50 ° C by using a plasma arc melting method. A total of 3 weight percent of the master alloy was added to the melt. About 30 minutes to 60 minutes was maintained until the added chromium-tungsten mother alloy was completely dissolved, followed by casting to prepare a specimen of an aluminum alloy.

다음은 본 발명에 따른 크롬-텅스텐 전율고용체 강화형 알루미늄 합금의 고온 안정성을 확인하기 위한 것으로서, 본 발명의 일부 실험예에 따라 제조된 시편을 300℃에서 200시간 열처리한 후, 열처리된 시편의 미세조직을 광학현미경으로 관찰한 결과를 도 6에 나타내었다.The following is to confirm the high temperature stability of the chromium-tungsten electrolytic solid-solution-enhanced aluminum alloy according to the present invention, after the specimen prepared according to some experimental examples of the present invention after heat treatment at 300 ℃ for 200 hours, The results of observing the tissue under an optical microscope are shown in FIG. 6.

도 6에 나타난 바와 같이 크롬-텅스텐 전율고용체로 이루어진 강화상은 고온에서 알루미늄 기지내에서 조대화 되거나 상분해가 발생되는 기존의 금속간화합물과 달리 도 4에 나타난 미세조직과 동일한 각진 형상의 강화상을 그대로 유지하고 있음을 알 수 있다. As shown in FIG. 6, the reinforcing phase made of chromium-tungsten electrolytic solid has a reinforcing phase having the same angled shape as the microstructure shown in FIG. It can be seen that it is maintained as it is.

이로부터 본 발명에 따른 크롬-텅스텐 전율고용체 강화형 알루미늄 합금의 크롬-텅스텐 전율고용체 강화상은 내열특성을 탁월한 강화상으로서 300℃에서도 매우 안정함을 확인할 수 있었다. From this, it can be seen that the chromium-tungsten electrified solid-solid-alloy-reinforced phase of the present invention is very stable at 300 ° C. as an excellent reinforcement phase with heat resistance.

이로부터 상술한 크롬-텅스텐 전율고용체로 이루어진 강화상은 알루미늄 기지 내에서 매우 안정한 상태를 유지하며, 이러한 강화상이 형성된 알루미늄 합금은 내열합금으로서 탁월한 특성을 보임을 알 수 있다.It can be seen that the reinforcement phase made of the above-described chromium-tungsten electrolytic solid maintains a very stable state in the aluminum base, and the aluminum alloy on which the reinforcement phase is formed shows excellent characteristics as a heat-resistant alloy.

따라서 본 발명에 따른 크롬-텅스텐 전율고용 강화형 내열 알루미늄 합금은 자동차 엔진의 내열한계를 높여서 연비향상을 추구할 수 있다.Therefore, the chromium-tungsten electrification employment-enhanced heat-resistant aluminum alloy according to the present invention can improve fuel efficiency by increasing the heat resistance limit of the automotive engine.

도 7은 본 발명의 일부 실험에에 따라 제조된 시편을 다시 재용융한 후 이를 주조하여 제작한 시편의 미세조직을 광학현미경으로 관찰한 사진이다.Figure 7 is a photograph of the microstructure of the specimen produced by re-melting again after the specimen prepared according to some experiments of the present invention by optical microscope.

도 7에 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 크롬-텅스텐 전율고용체 강화형 알루미늄 합금에 형성된 크롬-텅스텐 전율고용체는 재용융시에도 전혀 조대화 되거나 분해되지 않고, 재용융전의 형태를 거의 유지하고 있음을 확인할 수 있다.  As shown in FIG. 7, the chromium-tungsten electrifying solid solution formed in the chromium-tungsten electrifying solid-solution-enhanced aluminum alloy according to the present invention does not coarsen or decompose at all during remelting, and almost maintains the form of remelting. Can be.

이러한 특성으로 본 발명에 따른 크롬-텅스텐 전율고용체 강화형 알루미늄 합금은 탁월한 내열특성 뿐만 아니라 알루미늄 합금의 재활용시에도 기지금속인 알루미늄과 합금원소인 크롬과 텅스텐을 친환경의 원재의 수준으로 능동적으로 재활용하는데 활용될 수 있을 것으로 예상된다. Due to these characteristics, the chromium-tungsten electrolytic solid-solution-enhanced aluminum alloy according to the present invention not only has excellent heat resistance, but also actively recycles aluminum and alloy elements chromium and tungsten, which are base metals, when recycling aluminum alloys to the level of environment-friendly raw materials. It is expected to be utilized.

도 8은 본 발명의 일부 실험예에 따라 제조된 각 시편에 첨가된 크롬-텅스텐 합금의 함량에 따른 전율고용체의 평균크기를 나타낸 그래프로, 각 시편의 미세조직을 광학현미경으로 측정한 이미지를 이미지 분석기를 이용하여 각 함량(0.5중량%, 1중량%, 3중량%, 5중량%, 7중량%, 9중량%, 10중량%, 11중량%)에 따른 전율고용체의 평균크기를 측정하였다. 이 시편들은 크롬-텅스텐 합금의 조성이 0.5중량%, 1중량%, 5중량%, 7중량%, 9중량%, 10중량%, 11중량%씩 첨가되는 것을 제외하고는 도 5의 시편과 동일한 방법으로 제조하였다.FIG. 8 is a graph showing the average size of the electrolytic solid solution according to the content of the chromium-tungsten alloy added to each specimen prepared according to some experimental examples of the present invention, and the image of the microstructure of each specimen measured by an optical microscope. Using an analyzer, the average size of the electrifying solids was measured according to each content (0.5 wt%, 1 wt%, 3 wt%, 5 wt%, 7 wt%, 9 wt%, 10 wt%, 11 wt%). These specimens were the same as the specimens of FIG. 5 except that 0.5, 1, 5, 7, 9, 10, and 11 wt% of the chromium-tungsten alloy composition was added. It was prepared by the method.

그 결과, 0.5중량%의 크롬-텅스텐 합금을 첨가한 경우 형성된 전율고용체의 양이 작았고, 그 크기는 10μm로 작음을 알 수 있었으며, 10중량%이상에서는 전율고용체의 크기가 300μm이상으로 너무 조대화 됨을 확인할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 크롬-텅스텐 전율고용 강화형 내열 알루미늄 합금은 알루미늄에 대하여 첨가되는 합금원소의 함량이 0.5중량% 초과 10중량% 미만일 때, 합금으로서의 효과를 발휘할 수 있는 충분한 양의 전율고용체가 형성될 수 있으며, 그 크기의 조대화로 인한 편석 등의 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있음을 예측할 수 있다. As a result, when 0.5 wt% of chromium-tungsten alloy was added, it was found that the amount of the tremor solid formed was small and its size was as small as 10 μm. It can be confirmed. Therefore, when the content of the alloying element added to the chromium-tungsten electrification employment tempered reinforced heat-resistant aluminum according to the present invention is more than 0.5% by weight and less than 10% by weight, a sufficient amount of the electric conductivity solid to exert the effect as an alloy is formed It can be predicted that problems such as segregation due to the coarsening of the size can be prevented from occurring.

여기에서, 크롬-텅스텐 합금의 함량은 실질적으로 크롬-텅스텐 전율고용체의 함량을 의미할 수 있다. 본 발명의 실시예들에서, 크롬-텅스텐 전율고용체의 함량은 그 크기를 고려하여 위의 크롬-텅스텐 함량과 같이 제어될 수 있다.Here, the content of the chromium-tungsten alloy may mean substantially the content of the chromium-tungsten electrification solid solution. In embodiments of the present invention, the content of the chromium-tungsten electrolytic solid solution may be controlled in the same manner as the chromium-tungsten content in consideration of the size thereof.

도 9는 본 발명의 일부 실험예에 따른 2차 알루미늄 합금의 미세조직을 광학현미경으로 관찰한 결과이다. 전술한 알루미늄 합금을 1차 알루미늄 합금으로 사용하여 이를 다시 전기로를 이용하여 용해한 알루미늄 용탕에 투입하여 희석하여 2차 알루미늄 시편을 제조하였다. 제조된 2차 알루미늄의 크롬-텅스텐 전율고용체의 조성은 0.8 중량% 이었다.9 is a result of observing the microstructure of the secondary aluminum alloy in accordance with some experimental examples of the present invention with an optical microscope. Secondary aluminum specimens were prepared by using the above-described aluminum alloy as a primary aluminum alloy and diluting the same by injecting the molten aluminum into an molten aluminum melt using an electric furnace. The composition of the prepared chromium-tungsten electrolytic solid of the secondary aluminum was 0.8% by weight.

도 9에 나타나 있듯이, 2차 알루미늄 합금은 크롬-텅스텐 전율고용체가 알루미늄 기지에 분산된 합금조직을 가지나, 2차 합금에서의 크롬-텅스텐 전율고용체의 크기가 1차 알루미늄의 전율고용체(도 4 참조)에 비해 더 미세하게 감소된 것을 알 수 있다. As shown in FIG. 9, the secondary aluminum alloy has an alloy structure in which the chromium-tungsten electrified solid is dispersed in an aluminum matrix, but the size of the chromium-tungsten electrified solid in the secondary alloy is not less than that of the primary aluminum (see FIG. 4). It can be seen that the finer reduction compared to).

발명의 특정 실시예들에 대한 이상의 설명은 예시 및 설명을 목적으로 제공되었다. 따라서 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다.The foregoing description of specific embodiments of the invention has been presented for purposes of illustration and description. Therefore, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and changes can be made by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention in combination with the above embodiments. Do.

Claims (6)

제 1 함량의 크롬-텅스텐 전율고용체를 포함하는 1차 알루미늄 합금을 제공하는 단계;
상기 1차 알루미늄 합금을 알루미늄 용탕에 용해시키는 단계; 및
상기 알루미늄 용탕을 주조하여, 상기 제 1 함량보다 작은 제 2 함량의 크롬-텅스텐 전율고용체를 포함하는 2차 알루미늄 합금을 제조하는 단계를 포함하는,
크롬-텅스텐 전율고용체 강화형 알루미늄 합금의 제조방법.Providing a primary aluminum alloy comprising a first content of chromium-tungsten tremor solids;
Dissolving the primary aluminum alloy in molten aluminum; And
Casting the molten aluminum to produce a secondary aluminum alloy comprising a second content of chromium-tungsten electrolytic solids less than the first content,
Method for producing chromium-tungsten electrolytic solid-enhanced aluminum alloy. 제 1 항에 있어서, 상기 1차 알루미늄 합금을 제공하는 단계는,
크롬-텅스텐 모합금을 제공하는 단계;
제 1 알루미늄 용탕에 상기 크롬-텅스텐 모합금을 투입하여 플라즈마 아크 용해법 또는 진공 유도 용해법을 이용하여 용해시키는 단계; 및
상기 제 1 알루미늄 용탕을 주조하는 단계를 포함하는, 크롬-텅스텐 전율고용체 강화형 알루미늄 합금의 제조방법.The method of claim 1, wherein providing the primary aluminum alloy,
Providing a chromium-tungsten master alloy;
Injecting the chromium-tungsten master alloy into a first aluminum molten metal and dissolving the same by using a plasma arc melting method or a vacuum induction melting method; And
A method of manufacturing a chromium-tungsten electrified solid-enhanced aluminum alloy, comprising casting the first molten aluminum. 제 1 항에 있어서, 상기 1차 알루미늄 합금을 용해시키는 단계는 플라즈마 아크 용해법, 진공 유도 용해법 또는 전기저항 용해법을 이용한, 크롬-텅스텐 전율고용체 강화형 알루미늄 합금의 제조방법. The method of claim 1, wherein the dissolving the primary aluminum alloy is performed by using a plasma arc melting method, a vacuum induction melting method, or an electrical resistance melting method. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 함량은 0.5 초과 10 중량% 미만 범위인, 크롬-텅스텐 전율고용체 강화형 알루미늄 합금의 제조방법.The method according to claim 1, wherein the second content is in the range of more than 0.5 and less than 10% by weight. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 함량은 0.5 초과 내지 2 중량% 범위인, 크롬-텅스텐 전율고용체 강화형 알루미늄 합금의 제조방법.The method of claim 1, wherein the second content is in the range of more than 0.5 to 2% by weight. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 함량의 크롬-텅스텐 전율고용체의 평균 크기는 상기 제 1 함량의 크롬-텅스텐 전율고용체의 평균 크기보다 작은, 크롬-텅스텐 전율고용체 강화형 알루미늄 합금의 제조방법.The method of claim 1, wherein the average size of the chromium-tungsten electrified solid of the second content is smaller than the average size of the chromium-tungsten electrified solid of the first content.
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