KR101491218B1 - 알루미늄합금 제조방법 - Google Patents

Abstract

Al 용탕에 Al-Ti 모합금과 Al-B 모합금을 장입하는 장입단계; 및 상기 용탕을 상기 용탕을 450~650 rpm으로 교반함으로써 자발반응을 통해 Ti/B계 화합물을 생성하고 분산시키는 교반단계;를 포함하는 알루미늄합금 제조방법이 소개된다.

Description

알루미늄합금 제조방법 {METHOD FOR PRODUCING ALUMINUM ALLOY}

본 발명은 알루미늄 기지 용탕 내에 자발반응 통한 모합금 장입 후 최적 교반 조건하에 교반됨으로써 제품 내 강화상 분산 효과를 극대화하는 알루미늄합금 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 알루미늄 합금의 대량생산을 위한 기초 공정으로서, 주조용 고탄성 알루미늄 소재의 개발을 목적으로 한다. 종래에는 알루미늄 합금의 강화상 Ti/B계 화합물 생성을 자발 반응이 아닌 파우더로 알루미늄 내에 장입하여 제조단가에 한계가 있었다.

또한, 금형 내의 주조 제품에 강화상 분산에 대한 연구가 미비하였고, 강화상 분산도 평가(정량화, 수치화)가 미비하였다.

따라서, 제품 내에 강화상 분산 효과 극대화를 위해 알루미늄 기지 용탕 내에 자발반응을 통한 모합금의 장입 후 교반 과정을 통해 Ti/B계 화합물을 분산하여 분산도를 평가하고, 제품 위치별로 기계적 특성 편차를 최소화하며 및 최적 교반 조건을 설정하는 과정이 필요하였던 것이다.

종래의 KR10-2004-0095899 A "이배수 알루미늄 합금 및 그 제조방법"은 "본 발명의 이배수 알루미늄 합금은 알루미늄 부품 공장에서 다시 일배수 알루미늄 합금 A356.2의 조성으로 용해하여 용이하게 사용할 수 있어, 종래의 일배수 알루미늄 합금인 A356.2의 특성을 용이하게 유지하여 사용할 수 있으면서도 공급 단계에서 이배수의 알루미늄 합금으로 공급함으로서 그 제조원가를 현저히 낮출 수 있을 뿐 아니라, 작업성 내지는 생산성을 향상 시킬 수 있으며, 더욱이 이러한 이배수 알루미늄 합금 조성물을 용이하게 제조할 수 있는 방법을 제공하는 유용한 발명이다."를 제시한다.

그러나 이러한 종래기술에 의하더라도 강화상 분산에 대한 연구가 미비하였고, 강화상 분산도 평가(정량화, 수치화)가 미비하였으며, 따라서 타성분의 모합금의 이용시 최적의 교반조건에 대한 언급은 없었다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-2004-0095899 A

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 알루미늄 기지 용탕 내에 자발반응 통한 모합금 장입 후 최적 교반 조건하에 교반됨으로써 제품 내 강화상 분산 효과를 극대화하는 알루미늄합금 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 알루미늄합금 제조방법은, Al 용탕에 Al-Ti 모합금과 Al-B 모합금을 장입하는 장입단계; 및 상기 용탕을 일정 rpm으로 일정 이내에서 교반함으로써 자발반응을 통해 Ti/B계 화합물을 생성하고 분산시키는 교반단계;를 포함한다.

상기 교반단계는 450~650 rpm으로 교반할 수 있다.

상기 교반단계는 60~120 초 동안 교반할 수 있다.

상기 교반단계는 80~100 초 동안 교반할 수 있다.

상기 장입단계는 제품의 성분이 Al-(2.3wt%)Ti-(1wt%)B가 되도록 Al-Ti 모합금과 Al-B 모합금을 장입할 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 알루미늄합금 제조방법에 따르면, 강화상이 균일하게 분산되는 효과를 통하여 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 최적 교반 조건으로 인하여 규격화된 공정 조건의 설정이 가능해지고, 수치화, 정량화 가능한 제품 내 위치별로 입자 분산도 평가법의 설정이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄합금 제조방법의 공정 순서도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄합금 제조방법의 교반조건 설정을 위한 시편 취득위치를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄합금 제조방법의 교반조건 설정을 위한 응집도 분석을 나타낸 도면.
도 4 내지 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄합금 제조방법의 교반조건 설정을 위한 그래프.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 알루미늄합금 제조방법에 대하여 살펴본다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄합금 제조방법의 공정 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄합금 제조방법의 교반조건 설정을 위한 시편 취득위치를 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄합금 제조방법의 교반조건 설정을 위한 응집도 분석을 나타낸 도면이고, 도 4 내지 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄합금 제조방법의 교반조건 설정을 위한 그래프이다.

본 발명은 알루미늄 기지 용탕 내에 자발반응 통한 모합금 장입 후 최적 교반 조건하에 교반됨으로써 제품 내 강화상 분산 효과를 극대화하는 알루미늄합금 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

따라서, 이를 위한 본 발명에 따른 알루미늄합금 제조방법은, Al 용탕에 Al-Ti 모합금과 Al-B 모합금을 장입하는 장입단계; 및 상기 용탕을 일정 rpm으로 일정 이내에서 교반함으로써 자발반응을 통해 Ti/B계 화합물을 생성하고 분산시키는 교반단계;를 포함한다.

본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 먼저 알루미늄 용탕을 제조하고, 이에 교반 과정을 통한 용탕 내 강화상 분산을 위해 알루미늄 기지에서 탄성계수 향상효과가 있는 Ti/B계 화합물의 생성을 위해 Al-Ti와 Al-B 모합금을 장입한다.

즉, 제품 내 강화상 분산 효과 극대화를 위해 알루미늄 기지 용탕 내에 자발반응 통한 모합금을 장입하는 것이다.

그리고, 최적의 교반조건을 도출하기 위해, 장입 후 교반 과정을 통해 Ti/B계 화합물을 분산하여 분산도 평가를 수행하고, 제품 위치 별로 기계적 특성 편차를 최소화하며, 최적의 교반 조건을 설정하는 것이다.

한편, Ti/B계 화합물은 알루미늄 용탕보다 큰 비중으로 인해 용탕 하부에 가라앉기 때문에 교반 효과를 통해 용탕 내 균일 분산을 목적으로 하고, 이를 통해 종래와 같이 파우더 방식의 장입이 아니라 모합금을 통한 장입으로써 공정을 대량생산이 맞게 할 수 있는 것이다.

한편, 상기 장입단계는 제품의 성분이 Al-(2.3wt%)Ti-(1wt%)B가 되도록 Al-Ti 모합금과 Al-B 모합금을 장입할 수 있다. 따라서, Al-2.3Ti-1B 합금 제조 후 생성된 강화상을 교반과정을 통해 금형 주조 제품에 균일 분산 시키는 것이다.

최적의 교반조건 도출을 위해서는 응집도의 평가와 강화상의 면적 및 개수 평가가 필요하다.

Ti/B계 화합물은 응집되지 않고 분산이 될수록 탄성 효과가 증대되는바, 이를 도 2와 같이 제품의 이격된 지점에서 다수의 시편을 얻도록 한다. 실시예의 경우 9개의 지점에서 시편을 얻어 시험을 수행하였다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄합금 제조방법의 교반조건 설정을 위한 응집도 분석을 나타낸 도면으로서, 도시된 바와 같이 "O"표 된 지점들은 각각의 응집군을 나타낸다. 그리고 전자현미경의 조직도에서 그 응집군의 개수를 파악하여 평균과 편차를 수집한다. 응집군이 많을수록 응집이 덜 되고 분산되었다는 것인바, 이를 통해 Ti/B계 화합물의 분산의 정도를 평가할 수 있는 것이다.

그리고 그 응집도의 평가를 통해 교반시의 교반속도 즉, rpm을 적정한 수준으로 설정할 수 있게 된다.

아래의 표는 각각의 rpm에 대하여 수행한 결과를 나타낸 것으로서, 위치 1~9에 대하여 각각 반복 수행된 것이다.

상기 표에서 볼 수 있듯이, 각각의 rpm에 대하여 위치별로 반복 수행함으로써 위치별 응집군의 개수와 그 편차를 얻을 수 있었고, 이를 rpm별로 통합하여 전체의 응집군 개수와 편차를 얻을 수 있었다.

이러한 실험결과를 보면, rpm 500과 600에서 가장 많은 수의 응즙군이 발견됨을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 교반단계는 450~650 rpm으로 교반함이 가장 응집군의 개수가 많아 분산이 잘 이루어짐을 알 수 있다. rpm이 해당 범위보다 작은 경우에는 분산이 잘 이루어지지 않고, 해당 범위보다 큰 경우에는 오히려 강화상이 제대로 형성되지 않기 때문이다.

한편, 도 4는 이러한 시험결과를 종합한 그래프로서, 그래프에서도 볼 수 있듯이, 450~650 rpm으로 교반하는 범위에서 분산도가 가장 좋을 것으로 보인다.

또한, 교반시간에 관하여도 시험을 하였고, 그에 따라 결과로써 강화상 입자의 개수와 면적을 도출하였다. 이는 전자현미경의 이미지를 이미지분석 프로그램을 이용하여 분석한 것으로서, 그 결과는 아래의 표와 같다.

상기 표의 결과는 모두 미세조직 100배, 500배의 비율에서 각각 수행된 것으로서, 90초의 영역에서 대체적으로 입자면적과 개수가 크게 나타남을 알 수 있다. 따라서, 교반시간의 경우에는 60~120 초 동안 교반할 수 있으며, 바람직하게는 80~100 초 동안 교반하는 것을 추천한다.

도 5 내지 6은 이러한 입자면적과 입자수를 나타낸 그래프로서, 평균적인 경향을 볼 때 80~100 초 동안의 교반이 가장 입자수와 입자면적이 큰 것을 알 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 알루미늄합금 제조방법에 따르면, 강화상이 균일하게 분산되는 효과를 통하여 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 최적 교반 조건으로 인하여 규격화된 공정 조건의 설정이 가능해지고, 수치화, 정량화 가능한 제품 내 위치별로 입자 분산도 평가법의 설정이 가능해진다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

Claims (5)

1. Al 용탕에 Al-Ti 모합금과 Al-B 모합금을 장입하는 장입단계; 및
   상기 용탕을 450~650 rpm으로 교반함으로써 자발반응을 통해 Ti/B계 화합물을 생성하고 분산시키는 교반단계;를 포함하는 알루미늄합금 제조방법.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 교반단계는 60~120 초 동안 교반하는 것을 특징으로 하는 알루미늄합금 제조방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 교반단계는 80~100 초 동안 교반하는 것을 특징으로 하는 알루미늄합금 제조방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 장입단계는 제품의 성분이 Al-(2.3wt%)Ti-(1wt%)B가 되도록 Al-Ti 모합금과 Al-B 모합금을 장입하는 것을 특징으로 하는 알루미늄합금 제조방법.

Images