KR101830841B1

KR101830841B1 - 고내마모성을 갖는 싱크로나이저 링용 동합금 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR101830841B1
Application number: KR1020160159763A
Authority: KR
Inventors: 권혁천; 김상우; 이효수; 김재하
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2016-11-29
Filing date: 2016-11-29
Publication date: 2018-02-22

Abstract

고내마모성을 갖는 싱크로나이저 링용 동합금 및 이의 제조방법이 제공된다. 구체적으로, 상기 동합금은 구리(Cu) 및 아연(Zn)이 주성분으로 포함된 동합금 원료에, 고용체 강화 원소로 이리듐(Ir)이 첨가된 것으로, 상기 고용체 강화 원소가 상기 동합금의 구조 내에 고용되어 상기 동합금의 내마모성을 높일 수 있어, 종래의 생산성이 낮은 소결 공정에 비해 고용체 강화 원소인 이리듐(Ir)을 첨가하는 간단한 제조공정으로 생산성을 향상시킬 수 있다.

Description

고내마모성을 갖는 싱크로나이저 링용 동합금 및 이의 제조방법{COPPER ALLOYS HAVING HIGH WEAR RESISTANT FOR SYNCHRONIZER RING AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 고내마모성을 갖는 싱크로나이저 링용 동합금 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고용체 강화 원소로 이리듐(Ir)을 첨가하여 내마모성을 향상시킨 싱크로나이저 링용 동합금 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

동합금(Copper Alloys)은 우수한 내마모성과 내식성 및 작은 마찰계수 등의 성질을 가지고 있어, 철강에 비해 비교적 고가임에도 산업전반에 광범위하게 사용되고 있다. 동합금은 첨가원소에 따라 매우 다양하게 분류될 수 있다. 특히, 동합금 중에 하나인 고력황동(High Strength Brass)은 황동에 철, 알루미늄, 니켈 또는 망간 등의 원소를 첨가하여 제조된 것으로, 높은 인장강도, 항복강도 및 우수한 베어링(Bearing) 성능을 가지고 있어, 뛰어난 마모특성을 요구하는 비철합금 중에서 강력한 구조용 재료로 활용되고 있다. 구체적으로 예를 들어, 고력황동은 자동차용 싱크로나이저 링(Synchronizer Ring), 기어(Gear), 감속기, 선박용 프로펠러(Propeller), 압축기용 슬리퍼(Slipper) 또는 임펠러(Impeller) 등의 소재로 적용되고 있다.

하지만, 고력황동으로 만들어진 부품들은 내마모성이 작아 장시간 사용시 소음이 발생하거나 부품 파손 또는 부품 수명 단축 등의 문제점이 있어, 고력황동의 내마모성을 향상시키기 위한 연구 및 개발도 활발하게 진행되고 있다. 상세하게는, 자동차의 수동변속기에 사용되는 싱크로나이저 링은 속도가 다른 두 기어 사이에서의 마찰기능을 수행하므로, 싱크로나이저 링에 사용되는 소재는 높은 내소착성과 내마모성이 요구된다. 최근 자동차 엔진의 출력이 증대됨에 따라 더욱 가혹한 환경에서도 부품의 성능을 유지할 수 있도록, 자동차용 싱크로나이저 링에 주로 사용되는 동합금의 내마모성 향상에 대한 요구가 증가하고 있다.

종래에는 자동차용 싱크로나이저 링에 사용되는 고력황동의 내마모성을 높이기 위해 소결(sintering) 공정을 수행하여 높은 기계적 특성과 내마모성을 확보하였으나, 공정의 난해함과 비용증가로 단가가 높아지는 한계가 있어 개선이 필요하다.

대한민국 등록특허 제10-0501619호

상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 가혹한 환경에서도 적용될 수 있는 우수한 내마모성 특성 요구에 적합한 싱크로나이저 링용 동합금 및 이의 제조방법을 제공하는 데에 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 측면은, 구리(Cu) 및 아연(Zn)이 주성분으로 포함된 동합금 원료에, 고용체 강화(solid solution strengthening) 원소로 이리듐(Ir)이 첨가된 것을 특징으로 하는, 고내마모성을 갖는 싱크로나이저 링용 동합금을 제공할 수 있다.

상기 동합금 원료에 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 철(Fe), 망간(Mn) 및 규소(Si) 중에서 적어도 1종이 0.01 내지 5.5 중량%로 더 포함된 것일 수 있다.

상기 이리듐(Ir)은 상기 동합금 총 중량 대비 0.01 내지 0.1 중량%가 첨가될 수 있다.

상기 고내마모성을 갖는 싱크로나이저 링용 동합금의 화학조성은, 59 내지 62 중량%의 구리(Cu), 29 내지 33 중량%의 아연(Zn), 3.5 내지 5.5 중량%의 알루미늄(Al), 2.0 내지 4.0 중량%의 니켈(Ni), 0.5 내지 1.0 중량%의 철(Fe), 0.1 내지 0.4 중량%의 망간(Mn), 0.1 내지 1.0 중량%의 규소(Si), 0.01 내지 0.1 중량%의 이리듐(Ir) 및 나머지 중량%의 기타 불가피한 불순물로 구성되는 것일 수 있다.

상기 고용체 강화 원소는 상기 고내마모성을 갖는 싱크로나이저 링용 동합금의 구조 내에 고용되어 상기 고내마모성을 갖는 싱크로나이저 링용 동합금의 결정립을 미세화시키는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 고내마모성을 갖는 싱크로나이저 링용 동합금의 마찰계수는 0.20 내지 0.25일 수 있다.

본 발명의 다른 측면은, 원료로 구리(Cu), 니켈(Ni), 철(Fe), 망간(Mn), 이리듐(Ir), 알루미늄(Al), 및 아연(Zn)을 준비하는 단계, 상기 원료 중 니켈(Ni), 철(Fe), 망간(Mn) 및 이리듐(Ir)을 구리 모합금의 형태로 장입하고, 상기 원료 중 알루미늄(Al) 및 아연(Zn)을 금속 원재료의 형태로 장입하는 단계 및 상기 장입된 원료를 아르곤(Ar) 가압 원심주조를 사용하여 이리듐(Ir)이 첨가된 동합금을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고내마모성을 갖는 싱크로나이저 링용 동합금의 제조방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면은, 동합금 총 중량 대비, 59 내지 62 중량%의 구리(Cu), 29 내지 33 중량%의 아연(Zn), 3.5 내지 5.5 중량%의 알루미늄(Al), 2.0 내지 4.0 중량%의 니켈(Ni), 0.5 내지 1.0 중량%의 철(Fe), 0.1 내지 0.4 중량%의 망간(Mn), 0.1 내지 1.0 중량%의 규소(Si) 및 0.01 내지 0.1 중량%의 이리듐(Ir)으로 구성되고, 상기 이리듐(Ir)은 상기 동합금에 고용되는 것을 특징으로 하는, 고내마모성을 갖는 싱크로나이저 링용 동합금을 제공할 수 있다.

본 발명의 고내마모성을 갖는 싱크로나이저 링용 동합금은 스테인레스(Stainless)의 상대 마모재로써 주로 활용되는 고력황동의 내마모성을 개선한 것으로, 싱크로나이저 링을 비롯한 고내마모성 특성이 요구되는 부품 및 기기의 소재로 적극 활용될 수 있다.

이에, 본 발명의 고내마모성 동합금을 이용하여 제조한 자동차용 싱크로나이저 링은 10단 이상의 고단 엔진구조에서도 사용할 수 있을 것으로 기대된다.

또한, 본 발명은 종래의 생산성이 낮은 소결 공정에 비해 고용체 강화 원소인 이리듐(Ir)을 첨가하는 간단한 제조공정으로도 용이하게 동합금의 내마모성을 높일 수 있어, 생산성을 향상시킬 수 있다.

다만, 발명의 효과는 상기에서 언급한 효과로 제한되지 아니하며, 언급되지 않은 또 다른 효과들을 하기의 기재로부터 당업자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고내마모성을 갖는 동합금(실시예1 및 실시예2) 및 대조군(비교예1)의 미세조직의 광학 이미지이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고내마모성을 갖는 동합금(실시예2) 및 대조군(비교예1)의 마모테스트 결과를 나타낸 도표이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고내마모성을 갖는 동합금(실시예1 및 실시예2) 및 대조군(비교예1)의 XRD(X-Ray Diffraction) 분석 결과를 나타낸 차트이다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시 예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나, 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참고번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

본 발명의 일 측면은, 구리(Cu) 및 아연(Zn)이 주성분으로 포함된 동합금 원료에, 고용체 강화 원소로 이리듐(Ir)이 첨가된 것인 고내마모성을 갖는 싱크로나이저 링용 동합금을 제공할 수 있다.

상기 고용체 강화 원소는, 상기 동합금 내에서 고용강화를 유도하는 원소를 의미하는 것일 수 있다. 상기 고용강화는 용매 원자의 격자에 용질 원자가 고용되어 고용체를 형성하면서 격자의 뒤틀림 현상이 발생하고, 이에, 용질 원자 근처에 응력장이 형성됨에 따라 가동 전위의 응력장과 상호 작용하여 전위이동 방해를 통해 소재의 물성이 개선되는 것을 의미할 수 있다. 즉, 본 발명은 상기 고용체 강화 원소인 이리듐(Ir)을 상기 동합금에 첨가시켜 상기 동합금의 내마모성 및 마찰계수 등의 물성을 향상시킬 수 있다.

구체적으로, 상기 동합금 원료는 구리(Cu) 및 아연(Zn)을 주성분으로 포함하고 있는 동합금 원료일 수 있다. 상세하게는, 상기 동합금 원료는 상기 구리(Cu) 및 상기 아연(Zn)을 주성분으로 포함하는 황동합금일 수 있다. 일반적으로, 구리(Cu)-아연(Zn)계 황동합금은 아연(Zn) 함유량에 따라 사용범위와 활용도를 용이하게 넓혀 사용될 수 있다. 또한, 기계적 성질 및 내식성이 우수하면서도 다른 동합금 대비 비용이 저렴한 특징이 있다. 일반적으로, 황동합금은 구리(Cu)와 아연(Zn)의 성분비에 따라 크게 황동1종(구리70%, 아연30%), 황동2종(구리65%, 아연35%), 황동3종(구리60%, 아연40%)과, 내마모성 및 기계적 특성 등의 개선을 위해 원소를 첨가하는 특수황동으로 구분할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 동합금 원료에, 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 철(Fe), 망간(Mn) 및 규소(Si) 중에서 적어도 1종이 상기 동합금 총 중량 대비 0.01 내지 5.5 중량%가 더 포함된 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 동합금 원료는 상기 구리(Cu) 및 상기 아연(Zn)이 주성분으로 포함되며, 상기 아연(Zn)의 일부가 상기 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 철(Fe), 망간(Mn) 또는 규소(Si) 등의 원소로 치환된 것일 수 있다. 상기 동합금 원료인 상기 구리(Cu) 및 상기 아연(Zn)에 첨가되는 상기 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 철(Fe), 망간(Mn) 또는 규소(Si) 등의 원소의 구성비 또는 치환 정도에 따라 상기 고내마모성을 갖는 싱크로나이저 링용 동합금의 기계적 물성이 달라질 수 있다.

상세하게는, 상기 동합금 원료에 포함된 구리(Cu)는 본 발명의 고내마모성을 갖는 싱크로나이저 링용 동합금의 주성분으로서, 융합성이 풍부하여 아연(Zn) 및 기타 첨가되는 원소들과 함께 합금을 만들기에 용이하며, 첨가되는 원소들과 함께 내마모성 또는 연성 등의 물성을 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 구리(Cu)는 59 중량% 이상 포함되는 것일 수 있다.

상기 동합금 원료에 포함된 아연(Zn)은 상기 동합금의 소지조직을 결정하는 성분으로, 구리(Cu)와 함께 소지를 구성하며 내마모성을 향상시킬 수 있다. 또한, 부식저항의 증가 방지 및 탈산제로써의 역할을 수행할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 아연(Zn)은 29 중량% 이상 포함되는 것일 수 있다.

상기 동합금 원료에 포함된 알루미늄(Al)은 구리(Cu) 및 아연(Zn) 등과 함께 소지를 구성하여 상기 동합금의 항복강도와 경도를 증가시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 알루미늄(Al)은 3.5 중량% 이상 포함되는 것일 수 있다.

상기 동합금 원료에 포함된 니켈(Ni)은 소지 내에 분산되어 미세한 Ni-계 금속간 화합물을 형성하면서 상기 동합금의 결정립을 미세화시킬 수 있으며, 소재의 밀도, 강도 및 내식성도 향상시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 니켈(Ni)은 2.0 중량% 이상 포함되는 것일 수 있다.

상기 동합금 원료에 포함된 철(Fe)은 결정 성장 억제 역할을 수행하여 상기 동합금의 결정립의 미세화시킬 수 있으며, 상기 동합금의 재결정 온도를 높이고 연신율의 감소없이 상기 동합금의 강도를 증가시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 철(Fe)은 0.5 중량% 이상 포함되는 것일 수 있다.

상기 동합금 원료에 포함된 망간(Mn)은 인성 향상 및 결정립의 미세화를 통해 상기 동합금의 강도를 증가시킬 수 있고, 탈산제로도 작용할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 망간(Mn)은 0.1 중량% 이상 포함되는 것일 수 있다.

상기 동합금 원료에 포함된 규소(Si)는 상기 동합금의 구조 내에서 고용강화 역할을 수행할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 규소(Si)는 0.1 중량% 이상 포함되는 것일 수 있다.

전술된 바와 같이, 본 발명의 고내마모성을 갖는 싱크로나이저 링용 동합금은, 상기 동합금 원료에 포함된 각각의 구성원소들의 다양한 기능에 의해 내마모성, 내부식성, 경도, 인성 및 강도 등의 우수한 기계적 성질을 가질 수 있다. 다만, 상기 동합금 원료에 포함된 각각의 구성원소들의 기능은 앞서 상술한 내용에 한정되지는 않는다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 동합금 원료에, 상기 이리듐(Ir)은 상기 동합금 총 중량 대비 0.01 내지 0.1 중량%가 첨가된 것일 수 있다. 더욱 상세하게는, 상기 동합금 원료에 상기 동합금 총 중량 대비 상기 이리듐(Ir)은 0.05 내지 0.1 중량%가 첨가된 것일 수 있다. 상기 동합금에 포함된 상기 이리듐(Ir)의 첨가조성비가 0.01 중량% 미만일 경우, 기계적 물성의 변화가 일어나지 않을 수 있어 바람직하지 않고, 0.1 중량% 이상일 경우, 고용의 한계에 의한 이리듐(Ir)의 편석이 발생할 수 있어 바람직하지 않다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 고내마모성을 갖는 싱크로나이저 링용 동합금의 화학조성은 59 내지 62 중량%의 구리(Cu), 29 내지 33 중량%의 아연(Zn), 3.5 내지 5.5 중량%의 알루미늄(Al), 2.0 내지 4.0 중량%의 니켈(Ni), 0.5 내지 1.0 중량%의 철(Fe), 0.1 내지 0.4 중량%의 망간(Mn), 0.1 내지 1.0 중량%의 규소(Si), 0.01 내지 0.1 중량%의 이리듐(Ir) 및 나머지 중량%의 기타 불가피한 불순물로 구성될 수 있다. 상기 기타 불가피한 불순물은 원소 첨가 및 동합금 제조시 불가피하게 생성되는 불순물을 의미하는 것일 수 있다. 상기 동합금에 첨가되는 각각의 원소의 첨가조성비는 상술한 범위 내에서 사용용도 및 목적에 따라 적절하게 조정될 수 있다.

구체적으로, 상기 고내마모성을 갖는 싱크로나이저 링용 동합금에 포함되는 성분원소의 조성을 상술한 바와 같이 한정한 이유는, 하기와 같다.

상기 동합금에 포함되는 상기 구리(Cu)의 조성이 59 내지 62 중량%의 범위를 벗어나는 경우, 연성의 변화로 자동차용 싱크로나이저 링 등의 부품 소재로 적용하기에 적합하지 않을 수 있다.

상기 동합금에 포함되는 상기 아연(Zn)의 조성이 29 내지 33 중량%의 범위를 벗어나는 경우, 동합금의 강도가 크게 낮아지면서 목적하고자 하는 소재로 활용되기 어려울 수 있다.

상기 동합금에 포함되는 상기 알루미늄(Al)의 조성이 3.5 내지 5.5 중량%의 범위를 벗어나는 경우, 인성이 낮아질 수 있고 주조 공정에서 산화물 슬라그(slag)가 생성될 수 있다.

상기 동합금에 포함되는 상기 니켈(Ni)의 조성이 2.0 내지 4.0 중량%의 범위를 벗어나는 경우, 경도 또는 부식저항이 낮아질 수 있다.

상기 동합금에 포함되는 상기 철(Fe)의 조성이 0.5 내지 1.0 중량%의 범위를 벗어나는 경우, 취약해질 수 있고 부식성이 높아질 수 있다.

상기 동합금에 포함되는 상기 망간(Mn)의 조성이 0.1 내지 0.4 중량%의 범위를 벗어나는 경우, 부식성이 높아질 수 있고 내해수성이 낮아지면서 선박형 프로펠러 등의 부품소재로는 적용하기 어려울 수 있다.

상기 동합금에 포함되는 상기 규소(Si)의 조성이 0.1 내지 1.0 중량%의 범위를 벗어나는 경우, 석출물의 편석이 발생하며 소재의 경화에 영향을 줄 수 있다.

상기 고용체 강화 원소인 이리듐(Ir)은 상기 고내마모성을 갖는 싱크로나이저 링용 동합금의 구조 내에 고용되어 상기 동합금의 결정립을 미세화시킬 수 있다.

즉, 본 발명은 동합금 총 중량 대비, 59 내지 62 중량%의 구리(Cu), 29 내지 33 중량%의 아연(Zn), 3.5 내지 5.5 중량%의 알루미늄(Al), 2.0 내지 4.0 중량%의 니켈(Ni), 0.5 내지 1.0 중량%의 철(Fe), 0.1 내지 0.4 중량%의 망간(Mn), 0.1 내지 1.0 중량%의 규소(Si) 및 0.01 내지 0.1 중량%의 이리듐(Ir)으로 구성되고, 상기 이리듐(Ir)은 상기 동합금에 고용되는 것인, 고내마모성을 갖는 싱크로나이저 링용 동합금을 제공할 수 있다.

구체적으로, 상기 동합금 원료에 첨가되는 이리듐(Ir)은 상기 동합금 내에서 특정 상이나 화합물을 만들지 않고, 상기 동합금 구조 내에 고용된 형태로 존재하며 상기 동합금의 결정성장을 억제시킬 수 있다. 이에, 상기 동합금의 결정립이 미세화되면서 상기 동합금의 마모특성을 향상시킬 수 있다. 더욱 상세하게는, 하기 실시예 및 도면을 참조하여 설명할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동합금(실시예1 및 실시예2) 및 대조군(비교예1)의 미세조직의 광학 이미지이다.

도 1을 참조하면, 동합금 원료에 이리듐(Ir)을 첨가하지 않은 비교예1에서 제조된 동합금 대비 동합금 원료에 이리듐(Ir)을 첨가한 실시예1 및 실시예2의 고내마모성 동합금의 결정립이 미세화된 것을 확인할 수 있다. 구체적으로 이는, 고용체 강화 원소로 고융점 원소인 이리듐(Ir)을 동합금 원료에 첨가시켜 고내마모성 동합금 구조 내에 고용됨에 따라, 동합금 재료의 융점이 증가하면서 같은 냉각조건에서도 동합금의 결정립 성장이 억제됨에 의한 것일 수 있다. 즉, 고용체 강화 원소인 이리듐(Ir)을 첨가함에 따라 동합금 내에 이리듐(Ir)이 고용되고, 이에 따른 결정립 미세화를 통해 실시예1 및 실시예2에서 제조된 고내마모성 동합금의 마모특성이 높아진 것으로 판단된다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 고내마모성을 갖는 싱크로나이저 링용 동합금의 마찰계수는 0.20 내지 0.25일 수 있다. 일반적으로 마찰은 마모를 동반할 수 있으며, 마찰계수와 마모량의 관계는 비교적 비례에 가까운 것으로 알려져 있다. 즉, 마찰계수가 증가할수록 마모율은 감소하는 반비례 관계로 볼 수 있다. 본 발명의 동합금은 종래의 알려진 동합금의 마찰계수보다 비교적 높은 0.20 내지 0.25의 마찰계수 값을 가지며 마모율을 감소시킬 수 있으므로, 높은 내마모성이 요구되는 분야에 폭넓게 사용될 것으로 기대된다. 구체적으로 이는, 하기 실시예 및 도 2를 통해 설명할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 동합금(실시예2) 및 대조군(비교예1)의 마모테스트 결과를 나타낸 도표이다. 상세하게는, 마모테스트를 수행한 실험은, 상온의 건조한(dry) 분위기에서 인가하중은 5kgf, 상대 마모재는 SKD11(공구강), RPM은 1,00으로 핀-온-디스크(Pin on Disc) 형식으로 진행하였다.

도 2를 참조하면, 이리듐(Ir)을 첨가한 실시예2와 이리듐(Ir)을 첨가하지 않은 비교예1을 비교한 도표로, 이리듐(Ir)을 첨가한 동합금의 평균 마찰계수(Average Friction Coefficient)는 0.23이며, 이는 종래의 일반적인 동합금인 비교예1의 마찰계수 값인 0.15보다 높은 값임을 확인할 수 있다. 이를 통해, 본 발명이 이리듐(Ir)을 첨가하여 제조한 고내마모성을 갖는 싱크로나이저 링용 동합금이 종래의 동합금 대비 더 많은 힘을 구동부에 전달할 수 있어, 싱크로나이저 링 또는 부싱(bushing)에 적합할 수 있다. 또한, 비교예1의 경우, 2000 sec 부근에서 마찰계수가 변화하지만, 실시예2의 경우 5000 sec까지 마찰계수가 유지되는 것으로 보아, 이를 통해 이리듐(Ir)을 첨가하지 않는 종래 동합금 대비 내마모성이 증가한 것을 유추할 수 있다. 즉, 본 발명의 고내마모성 동합금은 높은 내마모성 및 높은 마찰계수를 가질 수 있어, 자동차용 싱크로나이저 링과 같이 높은 내마모성 특성이 요구되는 소재로 활용되기에 적합할 수 있다.

본 발명의 다른 측면은, 원료로 구리(Cu), 니켈(Ni), 철(Fe), 망간(Mn), 이리듐(Ir), 알루미늄(Al), 및 아연(Zn)을 준비하는 단계, 상기 원료 중 니켈(Ni), 철(Fe), 망간(Mn) 및 이리듐(Ir)을 구리 모합금의 형태로 장입하고, 상기 원료 중 알루미늄(Al) 및 아연(Zn)을 금속 원재료의 형태로 장입하는 단계 및 상기 장입된 원료를 아르곤(Ar) 가압 원심주조를 사용하여 이리듐(Ir)이 첨가된 동합금을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고내마모성을 갖는 싱크로나이저 링용 동합금의 제조방법을 제공할 수 있다. 구체적으로, 상기 고내마모성을 갖는 싱크로나이저 링용 동합금의 제조방법은 일반적인 동합금의 제조방법에서 이리듐(Ir)이 첨가되는 것을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 자동차용 싱크로나이저 링 제조시, 상기 동합금 원료에 상기 고용체 강화 원소인 이리듐(Ir)을 첨가하여 원료성분을 용해, 용탕운반, 연속주조, 컷팅 및 가공으로 진행되는 연속주조 방식 또는 압출방법인 단조성형 등의 방법을 이용할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

또한, 상기 동합금 원료의 용해기술은 일반적인 용해기술을 이용할 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 전기 또는 가스를 이용하는 용해로에 구리(Cu) 원료를 배치하여 아연(Zn)을 비롯한 상술한 첨가원소 및 상기 고용체 강화 원소인 이리듐(Ir)을 첨가한 후 용해시켜 용탕을 형성할 수 있다. 또는, 구리(Cu), 상기 이리듐(Ir) 및 상술한 일부 첨가원소를 함유한 모합금 고체 및 아연(Zn) 및 상기 일부 첨가원소를 제외한 나머지 첨가 원소를 함유한 금속 원재료를 동시에 용해시켜 용탕을 형성할 수 있다. 상기 용탕의 성분을 분석하여 성분 조정을 수행할 수 있다. 본 발명은 종래의 동합금 제조방법에 이리듐(Ir)을 첨가하는 공정만을 추가하는 것으로, 별도의 소결 공정을 진행했던 종래기술에 비해 공정이 간단하므로 생산효율을 높일 수 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실험예(example)를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.

<실시예>

실시예1 : 0.05 중량%의 이리듐( Ir )이 첨가된 동합금

고내마모성 동합금을 제조하기 위한 원료로 니켈(Ni), 철(Fe), 망간(Mn), 이리듐(Ir), 알루미늄(Al), 및 아연(Zn)을 준비한다. 이 중에서 고융점 재료인 니켈(Ni), 철(Fe), 망간(Mn) 및 이리듐(Ir)의 경우 구리 모합금의 형태로 장입시키고, 알루미늄(Al) 및 아연(Zn)의 경우 금속 원재료의 형태로 장입시킨다. 이 때, 상기 이리듐(Ir)의 함량은 0.05 중량%이다. 장입된 원료의 용해방식은 각 성분의 편석을 방지하기 위해 아르곤(Ar) 가압 원심주조를 사용하여 이리듐(Ir)이 첨가된 동합금을 제조하였다.

실시예2 : 0.1 중량%의 이리듐( Ir )이 첨가된 동합금

상기 실시예1에서 이리듐(Ir)의 함량이 0.1 중량%인 것을 제외하고는 동일한 조건으로 수행하여 이리듐(Ir)이 첨가된 동합금을 제조하였다.

비교예1 : 이리듐( Ir )이 첨가되지 않은 동합금

상기 실시예1에서의 원료에서 이리듐(Ir)을 제외하고는 동일한 조건으로 수행하여 동합금을 제조하였다.

상기 실시예1, 실시예2 및 비교예1에서 제조된 동합금의 조성분석 결과는 하기 표 1과 같다.

구분	Cu	Zn	Al	Ni	Fe	Mn	Si	Ir
비교예1	60.5	32	4.4	2.1	0.4	0.3	0	-
실시예1	59.4	33	4.1	2.1	0.6	0.3	0	0.05
실시예2	60.2	33	4.0	2.1	0.2	0.3	0	0.1

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동합금(실시예1 및 실시예2) 및 대조군(비교예1)의 XRD분석 결과를 나타낸 차트이다.

표 1 및 도 3을 참조하면, 이리듐(Ir)을 첨가한 실시예1 및 실시예2의 동합금 조성과 이리듐(Ir)을 첨가하지 않은 비교예1의 동합금 조성의 상분석 결과가 동일하게 나온 것을 확인할 수 있다. 이는, 고용체 강화 원소로 첨가된 이리듐(Ir)이 동합금 내에서 특정한 상이나 화합물을 만들지 않고 고용되어 있음을 의미하는 것일 수 있다. 상기와 같이, 본 발명은 별도의 생산성이 낮은 공정을 이용하여 내마모성을 확보하지 않고, 종래의 동합금 원료에 이리듐(Ir)과 같은 고용체 강화 원소를 첨가하여 동합금 내 고용강화를 유도함으로써 종래의 동합금에 비해 용이하게 내마모성을 확보할 수 있다. 이에, 본 발명은 종래의 생산성이 낮은 소결 공정 등을 이용하지 않고 간단한 공정을 통해 고내마모성을 갖는 싱크로나이저 링용 동합금을 제조할 수 있어, 관련 산업에 적극 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims

59 내지 62 중량%의 구리(Cu), 29 내지 33 중량%의 아연(Zn), 3.5 내지 5.5 중량%의 알루미늄(Al), 2.0 내지 4.0 중량%의 니켈(Ni), 0.5 내지 1.0 중량%의 철(Fe), 0.1 내지 0.4 중량%의 망간(Mn), 0.1 내지 1.0 중량%의 규소(Si), 0.01 내지 0.1 중량%의 이리듐(Ir) 및 나머지 중량%의 기타 불가피한 불순물로 구성되는 화학조성을 포함한 동합금 원료에,
고용체 강화 원소로 이리듐(Ir)이 첨가된 것인,
고내마모성을 갖는 싱크로나이저 링용 동합금.
제1항에 있어서, 상기 동합금 원료에,
알루미늄(Al), 니켈(Ni), 철(Fe), 망간(Mn) 및 규소(Si) 중에서 적어도 1종이 상기 동합금 총 중량 대비 0.1 내지 5.5 중량%가 더 포함된 것인,
고내마모성을 갖는 싱크로나이저 링용 동합금.
제1항에 있어서, 상기 이리듐(Ir)은,
상기 동합금 총 중량 대비 0.01 내지 0.1 중량%가 첨가된 것인,
고내마모성을 갖는 싱크로나이저 링용 동합금.
삭제
제1항에 있어서, 상기 고용체 강화 원소는,
상기 동합금의 구조 내에 고용되어 상기 동합금의 결정립을 미세화시키는 것인,
고내마모성을 갖는 싱크로나이저 링용 동합금.
제1항에 있어서,
상기 동합금의 마찰계수는 0.20 내지 0.25 것인,
고내마모성을 갖는 싱크로나이저 링용 동합금.
원료로 구리(Cu), 니켈(Ni), 철(Fe), 망간(Mn), 이리듐(Ir), 알루미늄(Al), 및 아연(Zn)을 준비하는 단계;
상기 원료 중 니켈(Ni), 철(Fe), 망간(Mn) 및 이리듐(Ir)을 구리 모합금의 형태로 장입하고, 상기 원료 중 알루미늄(Al) 및 아연(Zn)을 금속 원재료의 형태로 장입하는 단계; 및
상기 장입된 원료를 Ar 가압 원심주조를 사용하여 이리듐(Ir)이 첨가된 동합금을 제조하는 단계;를 포함하는 것인,
고내마모성을 갖는 싱크로나이저 링용 동합금의 제조방법.
동합금 총 중량 대비,
59 내지 62 중량%의 구리(Cu), 29 내지 33 중량%의 아연(Zn), 3.5 내지 5.5 중량%의 알루미늄(Al), 2.0 내지 4.0 중량%의 니켈(Ni), 0.5 내지 1.0 중량%의 철(Fe), 0.1 내지 0.4 중량%의 망간(Mn), 0.1 내지 1.0 중량%의 규소(Si) 및 0.01 내지 0.1 중량%의 이리듐(Ir)으로 구성되고,
상기 이리듐(Ir)은 상기 동합금에 고용되는 것인,
고내마모성을 갖는 싱크로나이저 링용 동합금.