KR101897752B1 - 스테인레스스틸-알루미늄 이종 경사기능복합재료 및 이의 제조방법 - Google Patents

스테인레스스틸-알루미늄 이종 경사기능복합재료 및 이의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101897752B1
KR101897752B1 KR1020160146653A KR20160146653A KR101897752B1 KR 101897752 B1 KR101897752 B1 KR 101897752B1 KR 1020160146653 A KR1020160146653 A KR 1020160146653A KR 20160146653 A KR20160146653 A KR 20160146653A KR 101897752 B1 KR101897752 B1 KR 101897752B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
stainless steel
layer
powder
aluminum
mixed
Prior art date
Application number
KR1020160146653A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180050014A (ko
Inventor
권한상
Original Assignee
부경대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 부경대학교 산학협력단 filed Critical 부경대학교 산학협력단
Priority to KR1020160146653A priority Critical patent/KR101897752B1/ko
Publication of KR20180050014A publication Critical patent/KR20180050014A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101897752B1 publication Critical patent/KR101897752B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/16—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by features of a layer formed of particles, e.g. chips, powder or granules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/01—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
    • B32B15/012—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic one layer being formed of an iron alloy or steel, another layer being formed of aluminium or an aluminium alloy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/18—Layered products comprising a layer of metal comprising iron or steel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/20—Layered products comprising a layer of metal comprising aluminium or copper
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B38/00—Ancillary operations in connection with laminating processes
    • B32B38/0008—Electrical discharge treatment, e.g. corona, plasma treatment; wave energy or particle radiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/70—Other properties
    • B32B2307/714—Inert, i.e. inert to chemical degradation, corrosion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2310/00—Treatment by energy or chemical effects
    • B32B2310/14—Corona, ionisation, electrical discharge, plasma treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2311/00—Metals, their alloys or their compounds
    • B32B2311/24—Aluminium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2311/00—Metals, their alloys or their compounds
    • B32B2311/30—Iron, e.g. steel

Abstract

본 발명은 스테인레스스틸-알루미늄 이종 경사기능복합재료 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스테인레스스틸 분말로 구성된 표면 층과 알루미늄 분말로 구성된 지지 층 사이에, 스테인레스스틸 분말과 알루미늄 분말의 혼합분말로 구성되는 이종재료 경사층을 구비함으로써 상기 표면 층과 지지 층을 접합하여, 우수한 내식성을 나타낼 뿐만 아니라 경량, 고강도 특성을 나타내는 이종 경사기능복합재료 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

스테인레스스틸-알루미늄 이종 경사기능복합재료 및 이의 제조방법 {Stainless Steel-Aluminium Different Functionally Graded Composite Materials and Manufacturing method thereof}
본 발명은 스테인레스스틸-알루미늄 이종 경사기능복합재료 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스테인레스스틸 분말로 구성된 표면 층과 알루미늄 분말로 구성된 지지 층 사이에, 스테인레스스틸 분말과 알루미늄 분말의 혼합분말로 구성되는 이종재료 경사층을 구비함으로써 상기 표면 층과 지지 층을 접합하여, 우수한 내식성을 나타낼 뿐만 아니라 경량, 고강도 특성을 나타내는 이종 경사기능복합재료 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 방전플라즈마를 이용한 소결법(Spark Plasma Sintering, SPS)은 분말을 1축으로 가압하면서 가압방향과 평행한 방향으로 직류펄스전류를 인가하여 소결하는 방법인데, 분체 입자간의 틈새에 압력과 저전압 및 대전류를 투입하고 이때 발생하는 스파크(Spark)에 의해 순식간에 발생하는 플라즈마(Plasma)의 고에너지를 전계확산, 열확산 등에 응용한 소결법이다. 종래의 열간압축법(Hot Press)에 비해서, 소결온도가 200 ~ 500 ℃ 더 낮고, 승온 및 유지시간을 포함하여 단시간에 소결을 완료할 수 있기 때문에 전력소비가 크게 줄며, 취급이 간편하고, 러닝코스트가 저렴하고, 소결기술에 대한 숙련이 필요하지 않고, 난소결재 및 고온에서 가공이 어려운 재료들에 대해서도 적용이 가능하다.
최근, 상기 방전 플라즈마를 응용하여 분말의 소결 뿐만 아니라 금속 접합 기술로의 적용이 진행되고 있다. 플라즈마를 이용한 접합은 소결과 같이 접합물을 가압하면서 직접 펄스전류를 통해 발생하는 열을 이용하여 가열함으로써 수행한다. 이 때, 확산한 원자에 의해 재료 간에 새로운 금속 결합이 형성되고 접합된다.
한편, 스테인레스스틸(또는 스테인레스강)은 우수한 내식성과 기계적 특성으로 인하여 원자력산업, 화력발전, 석유화학, 자동차, 토목건축 등 다양한 분야의 산업용 부품으로 사용되고 있다. 이와 같은 스테인레스스틸은 사용 환경과 용도에 따른 기계적 성능과 내식성이 개선되었고, 이에 따라 여러 종류의 스테인레스스틸이 개발되었다.
그런데, 상기 스테인레스스틸은 가격이 비싸고, 가공이 어려운 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 보완하기 위해 비교적 가격이 저렴하고, 기계적 특성이 우수한 알루미늄과 상기 스테인레스스틸을 접합하여 사용하기 시작했다.
이와 같은 알루미늄(Aluminium, Al)은 우수한 기계적 특성을 가지며, 밀도가 낮아(2.7g/cm3) 주방에서 사용하는 포일(foil)에서부터 일회용 식기, 창문, 자동차, 항공기, 우주선 등등 일상 생활뿐만 아니라 다양한 산업용 소재로 사용되고 있다.
그러나, 상기 스테인레스스틸과 알루미늄을 단순 접합하여 사용하는 것은 접합면의 강도가 약해 작은 충격에도 쉽게 분리되는 문제점이 있었다.
따라서, 다양한 산업용 부품군에서 사용되기 위해 층간 박리 현상을 억제될 뿐만 아니라, 보다 우수한 강도 및 내식성을 나타내면서 중량이 작은 복합재료에 대한 연구 개발이 요구되고 있다.
한국 등록특허 제10-0717201호
본 발명의 스테인레스스틸-알루미늄 이종 경사기능복합재료 및 이의 제조방법에 있어서 상기한 문제점을 해결하고자 예의 연구 검토한 결과,
알루미늄 분말로 이루어진 지지 층과 스테인레스스틸 분말로 이루어진 표면 층 사이에 스테인레스스틸 분말과 알루미늄 분말의 혼합분말로 구성되는 이종재료 경사층을 구비하고, 30 내지 200 MPa의 압력, 400 내지 600 ℃의 온도 및 유지시간 5 내지 10 분 조건에서 방전 플라즈마를 이용하여 접합소결시킴으로써 상기 표면 층과 지지 층을 접합하여, 층간 박리 현상을 억제할 뿐만 아니라, 우수한 내식성 및 경량, 고강도 특성을 나타낼 수 있음을 알아내고, 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 우수한 내식성을 나타낼 뿐만 아니라 경량, 고강도 특성을 나타내는 스테인레스스틸-알루미늄 이종 경사기능복합재료 및 이를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
한편으로, 본 발명은
스테인레스스틸 분말로 이루어진 표면 층;
알루미늄 분말로 이루어진 지지 층; 및
상기 표면 층과 지지 층 사이에 스테인레스스틸 분말과 알루미늄 분말이 혼합된 복수개의 혼합층들로 구성된 이종재료 경사 층;이 형성되고,
상기 복수개의 혼합층의 각 층은 서로 다른 조성비의 스테인레스스틸 및 알루미늄 분말의 혼합으로 이루어지며,
상기 혼합층들중 표면 층에 인접한 혼합층일수록 스테인레스스틸 분말의 함량이 알루미늄 분말의 함량보다 많고, 상기 지지 층에 인접한 혼합층일수록 알루미늄 분말의 함량이 스테인레스스틸 분말의 함량보다 많아져, 상기 혼합층의 각 층의 스테인레스스틸 분말과 알루미늄 분말의 함량이 연속적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 스테인레스스틸-알루미늄 이종 경사기능복합재료를 제공한다.
다른 한편으로, 본 발명은
스테인레스스틸과 알루미늄을 접합하는 방법에 있어서,
스테인레스스틸 분말로 이루어진 표면 층;
알루미늄 분말로 이루어진 지지 층; 및
상기 표면 층과 지지 층 사이에 스테인레스스틸 분말과 알루미늄 분말이 혼합된 복수개의 혼합층들로 구성된 이종재료 경사 층;을 구비하되,
상기 복수개의 혼합층의 각 층은 서로 다른 조성비의 스테인레스스틸 및 알루미늄 분말의 혼합으로 이루어지고,
상기 혼합층들중 표면 층에 인접한 혼합층일수록 스테인레스스틸 분말의 함량이 알루미늄 분말의 함량보다 많고, 상기 지지 층에 인접한 혼합층일수록 알루미늄 분말의 함량이 스테인레스스틸 분말의 함량보다 많아져, 상기 혼합층의 각 층의 스테인레스스틸 분말과 알루미늄 분말의 함량이 연속적으로 변화하도록 하며,
상기 접합은 30 내지 200 MPa의 압력, 400 내지 600 ℃의 온도 및 유지시간 5 내지 10 분 조건에서 방전 플라즈마 소결 공정을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 스테인레스스틸-알루미늄 이종 경사기능복합재료의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 복수개의 혼합층들의 각 층의 조성비는 표면 층으로부터 지지 층으로 갈수록 스테인레스스틸 분말과 알루미늄 분말의 부피%비가 95:5 내지 1:99로 변화하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 복합재료의 이종재료 경사 층의 비커스 경도는 120 내지 460 Hv인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 스테인레스스틸-알루미늄 이종 경사기능복합재료는, 스테인레스스틸 분말로 구성되는 표면 층과 알루미늄 분말로 구성되는 지지 층 사이에 스테인레스스틸 및 알루미늄 혼합 분말의 함량이 연속적으로 변화하는 이종재료 경사 층을 구비함으로써 스테인레스스틸과 알루미늄 간의 물성이 점진적으로 변화하도록 하여, 이종 재료 간 완벽한 접합으로 인하여 층간 박리 현상을 억제할 뿐만 아니라, 스테인레스스틸과 알루미늄의 장점을 극대화시키고, 단점을 상화 보완할 수 있으므로 강도와 내식성 및 경량성이 요구되는 부품군에 적용 가능하며, 기계, 자동차, 열차, 선박, 우주항공, 특히 해양관련 소재부품에 적용 가능하다.
또한, 상기 이종 재료를 접합하는 데 있어, 방전 플라즈마 소결 공정을 수행함으로써, 상기 알루미늄 분말 및 스테인레스스틸 분말 입자의 넓은 표면적으로 인해 상기 이종 재료간에 보다 많은 접합 영역 또는 경계(Boundary)가 형성될 수 있고, 이에 따라 방전 플라즈마 소결 공정을 수행하면서 확산한 원자에 의해 재료 간에 형성될 수 있는 결합이 더욱 증가하여 보다 견고한 복합재료를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 스테인레스스틸-알루미늄 이종 경사기능복합재료를 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 스테인레스스틸-알루미늄 이종 경사기능복합재료(100)는
스테인레스스틸 분말로 이루어진 표면 층(130);
알루미늄 분말로 이루어진 지지 층(110); 및
상기 표면 층(130)과 지지 층(110) 사이에 스테인레스스틸 분말과 알루미늄 분말이 혼합된 복수개의 혼합층(125)들로 구성된 이종재료 경사 층(120);이 형성되고,
상기 복수개의 혼합층의 각 층은 서로 다른 조성비의 스테인레스스틸 및 알루미늄 분말의 혼합으로 이루어지며,
상기 혼합층들중 표면 층에 인접한 혼합층일수록 스테인레스스틸 분말의 함량이 알루미늄 분말의 함량보다 많고, 상기 지지 층에 인접한 혼합층일수록 알루미늄 분말의 함량이 스테인레스스틸 분말의 함량보다 많아져, 상기 혼합층의 각 층의 스테인레스스틸 분말과 알루미늄 분말의 함량이 연속적으로 변화하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 이종 경사기능복합재료는, 스테인레스스틸 분말보다 밀도가 낮은 알루미늄 분말을 혼합함으로써 제조되므로, 스테인레스스틸로만 구성된 소재에 비해 가벼우므로 저경량 특성을 필요로 하는 분야에서 사용될 수 있다. 또한, 저경량 특성뿐만 아니라, 우수한 경도와 부식성이 요구되는 표면에는 스테인레스스틸 분말만으로 구성되는 층을 구비시켜, 부식에 대한 신뢰성이 요구되는 구조용 재료에서도 상대적으로 저렴하면서 가공성이 우수하며 우수한 강도 및 내식성을 나타낼 수 있으므로 보다 다양한 분야에서 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 복수개의 혼합층들의 각 층의 조성비는 표면 층으로부터 지지 층으로 갈수록 스테인레스스틸 분말과 알루미늄 분말의 부피%비가 95:5 내지 1:99로 변화하는 것을 특징으로 한다. 스테인레스스틸 및 알루미늄 소재의 조성비가 상기 범위를 만족하지 않는 경우, 상기 표면 층과 지지 층 간에 접합이 잘 되지 않아 층간 박리가 발생할 수 있다.
본 발명의 이종 경사기능복합재료는 상기 복수개의 혼합층에 포함된 스테인레스스틸 분말 및 알루미늄 분말의 함량 및 조성비가 각 층마다 상이하며, 두께 방향으로 각 혼합층에 따라 그 조성비가 연속적으로 변화하므로 스테인레스스틸과 알루미늄간의 급격한 물성 변화를 완화시켜 기계적 충격이나 열 충격에 강할 뿐만 아니라, 열 충격 특성 및 열 피로 특성이 향상될 수 있다.
상기 이종 경사기능복합재료의 두께는 적층되는 혼합층의 수에 따라 조절될 수 있다.
바람직하게는, 상대적으로 가격이 높은 스테인레스스틸 분말을 적게 사용하기 위해 표면 층의 두께를 지지 층의 두께보다 얇게 형성하거나, 또는 동일한 두께로 형성할 수도 있다.
또한, 상기 이종 경사기능복합재료는 스테인레스스틸 분말로 구성되는 층-이종재료 경사 층-알루미늄 분말로 구성되는 층과 같이 한 방향으로 조합될 수도 있고, 스테인레스스틸 분말로 구성되는 층-이종재료 경사 층-알루미늄 분말로 구성되는 층-이종재료 경사 층- 스테인레스스틸 분말로 구성되는 층과 같이 양 방향으로 조합될 수도 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 이종 경사기능복합재료는 한국특허출원 제2015-0122003호에 개시된 내용을 참고로 하여 제조할 수 있다. 본 발명에 따른 이종 경사기능복합재료에 구성되는 각 층을 형성하는 각 분말 소재는 상기 특허에 기재된 방법을 토대로 방전 플라즈마 소결 공정을 이용하여 소결됨으로써 상기 층을 형성할 수 있다.
구체적으로는, 상기 스테인레스스틸 분말 및 알루미늄 분말은 각 분말을 적층한 후 소결함으로써 하나의 복합체 내에 각 기능을 가지는 각 층을 구성할 수 있다.
이하, 상기 이종 경사기능복합재료의 제조방법을 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 스테인레스스틸-알루미늄 이종 경사기능복합재료의 제조방법은,
하단에서부터 바닥층, 이종재료 경사 층, 표면 층 순으로 적층한 후, 30 내지 200 MPa의 압력, 400 내지 600 ℃의 온도 및 유지시간 5 내지 10 분 조건에서 방전 플라즈마 소결 공정을 이용하여 접합을 수행하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로는, 스테인레스스틸과 알루미늄을 접합하는 방법에 있어서,
스테인레스스틸 분말로 이루어진 표면 층;
알루미늄 분말로 이루어진 지지 층; 및
상기 표면 층과 지지 층 사이에 스테인레스스틸 분말과 알루미늄 분말이 혼합된 복수개의 혼합층들로 구성된 이종재료 경사 층;을 구비하되,
상기 복수개의 혼합층의 각 층은 서로 다른 조성비의 스테인레스스틸 및 알루미늄 분말의 혼합으로 이루어지고,
상기 혼합층들중 표면 층에 인접한 혼합층일수록 스테인레스스틸 분말의 함량이 알루미늄 분말의 함량보다 많고, 상기 지지 층에 인접한 혼합층일수록 알루미늄 분말의 함량이 스테인레스스틸 분말의 함량보다 많아져, 상기 혼합층의 각 층의 스테인레스스틸 분말과 알루미늄 분말의 함량이 연속적으로 변화하도록 하며,
상기 접합은 방전 플라즈마 소결 공정을 이용하여 30 내지 200 MPa의 압력, 400 내지 600 ℃의 온도 및 유지시간 5 내지 10 분 조건에서 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 스테인레스스틸 분말 및 알루미늄 분말의 직경은 10 nm 이상 100㎛ 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 스테인레스스틸 분말 및 알루미늄 분말의 직경은 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다.
상기 스테인레스스틸은 SUS304, SUS316 또는 SUS316L일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 알루미늄 분말은 합금 알루미늄 분말을 사용할 수도 있다.
상기 방전 플라즈마에 대해 상세히 설명하면, 탄소몰드 하단에서부터 바닥층, 이종재료 경사 층, 표면 층 순으로 적층하여 각 분말을 투입하고, 상기 탄소몰드를 진공챔버 내의 소결다이에 세팅한다. 상기 세팅된 진공챔버를 감압장치에 의해 감압 후 가압장치부에 의해 가압하고 직류전원 공급장치부를 통해 상, 하부 펀치 전극에 전류를 가하여 챔버 내 승온이 이루어진다. 챔버 내의 일정한 압력과 온도 조절은 제어부에서 온도계측기, 감압장치, 가압장치부, 직류전원 공급장치부 등을 제어하여 일정한 소결체가 나오도록 한다. 일정 시간 소결 후, 냉각장치 아르곤 또는 질소가스를 이용하여 챔버 내에서 냉각을 실시한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 이종재료 경사 층을 구성하는 각 혼합층의 혼합 분말은 볼 밀(Ball Mill) 공정, 초음파 분산, 블렌딩, Tubular 믹싱 등을 사용하여 혼합할 수 있으나, 볼 밀 공정을 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 소결은 30 내지 200 MPa의 압력에서 수행되고, 400 내지 600 ℃의 온도에서 수행되며, 유지시간은 5 내지 10 분인 것이 바람직하다.
상기 조건에서 수행되지 않는 경우, 구체적으로는, 너무 낮은 압력의 조건에서는 밀도가 현저히 낮아지고, 너무 높은 압력에서는 내부 잔류응력 등이 축적되어 제조 후 크랙(Crack)이 생성되는 문제점 등이 발생할 수 있다. 또한, 소결을 장시간 동안 유지하는 경우, 입자성장 등으로 인해서 경도저하 등의 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 접합소결은 진공 또는 가스 분위기 중에서 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 스테인레스스틸 분말 및 알루미늄 분말 입자의 넓은 표면적으로 인해 상기 이종 재료간에 보다 많은 접합 영역 또는 경계(Boundary)가 형성될 수 있고, 이에 따라 방전 플라즈마 소결 공정을 수행하면서 확산한 원자에 의해 재료 간에 형성될 수 있는 결합이 더욱 증가하여 보다 견고한 복합소재를 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 복합재료는 스테인레스스틸과 알루미늄의 특성을 모두 가지고 있으므로 우수한 강도 및 기계적 특성을 나타낼 뿐만 아니라, 저경량 특성을 나타내므로 기계, 자동차, 열차, 선박, 우주항공 분야에 적용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 복합재료의 비커스 경도는 30 내지 460 Hv인 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 상기 복합재료의 이종재료 경사 층의 비커스 경도는 120 내지 460 Hv인 것을 특징으로 한다.
이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오직 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 국한되지 않는다는 것은 당업자에게 있어서 자명하다.
실시예 1: 스테인레스스틸-알루미늄 이종 경사기능복합재료의 제조
스테인레스스틸(SUS316L) 분말(직경 100㎛ 이하), 알루미늄 분말(직경 10㎛ 이하)을 사용하여 각각 표면 층과 지지 층을 제조하였다. 그런 다음, 스테인레스스틸 분말과 알루미늄 분말을 하기 표 1의 조성으로 혼합하고, 각각 볼 밀을 이용하여 6시간 동안 혼합하였다. 혼합 후, Φ10mm의 탄소몰드에 하기 표 1에 기재된 순서로 지지 층을 가장 하층으로 하여 순차적으로 적층하였다. 그런 다음, 200 MPa, 600 ℃에서 5분간 방전 플라즈마 소결 공정을 수행하여 알루미늄-마그네슘 복합소재를 제조하였다. 이 때, 승온 속도는 분당 100℃였다. 제조된 경사기능복합재료의 직경은 15mm이고, 두께는 20mm였다.
조성(부피%) 중량(g)
100 % SUS316L 0.1
10 % Al / 90 % SUS316L 0.2
30 % Al / 70 % SUS316L 0.2
50 % Al / 50 % SUS316L 0.2
70 % Al / 30 % SUS316L 0.2
100% Al 0.2
비교예 1: 스테인레스스틸-알루미늄 이종 복합재료의 제조
상기 표면 층과 지지 층 사이에 이종재료 경사 층을 구비하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 스테인레스스틸-알루미늄 이종 복합재료를 제조하였다.
실험예 1: 비커스 경도(Vickers Hardness)의 측정
실시예 1 및 비교예 1 의 복합재료의 비커스 경도를 측정하여 하기 표 2 및 3에 나타내었다. 구체적으로, 각 복합재료의 일면을 각각 3회씩 측정하였으며 그 평균값을 나타내었다.(단위 : HV). 또한, 하기 표 2에 기재된 데이터를 도 2에 상세히 나타내었다.
구분 비커스 경도
1회 2회 3회 평균
실시예 1 100 % SUS316L 86.323 81.273 85.583 84.393
10 % Al / 90 % SUS316L 121.039 165.048 123.084 136.390
30 % Al / 70 % SUS316L 394.491 271.240 372.928 346.220
50 % Al / 50 % SUS316L 371.428 459.351 401.653 410.811
70 % Al / 30 % SUS316L 274.600 352.500 433.000 353.400
100% Al 30.913 31.817 30.031 30.920
구분 비커스 경도
1회 2회 3회 평균
비교예 1 100 % SUS316L 86.323 81.273 85.583 84.393
100% Al 30.913 31.817 30.031 30.920
표 2 및 3을 참조로, 실시예 1의 복합재료의 비커스 경도 값이 비교예 1 의 복합재료의 비커스 경도 값 대비 크게 상승한 것을 확인하였다.
특히, 알루미늄 분말만으로 구성된 지지 층의 비커스 경도 평균 값이 약 30Hv인데에 반해, 이종재료 경사 층을 구성하는 혼합 층들의 비커스 경도 평균 값은 약 136 내지 410Hv로 크게 증가한 것으로 보아, 본 발명에 따른 복합재료가 상기 경사 층을 구비함으로써 보다 우수한 기계적 특성을 나타낼 수 있음을 알 수 있었다.
따라서, 본 발명에 따른 실시예 1의 복합재료는 상기 비교예 1의 복합재료에 비해 보다 우수한 내식성 및 강도를 나타낼 뿐만 아니라 우수한 기계적 특성을 나타낼 수 있음을 확인하였다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아님은 명백하다. 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 특허청구범위와 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
100: 스테인레스스틸-알루미늄 이종 경사기능복합재료
110: 지지 층
120: 이종재료 경사 층
125: 혼합층
130: 표면 층

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 스테인레스스틸과 알루미늄을 접합하는 방법에 있어서,
    스테인레스스틸 분말로 이루어진 표면 층;
    알루미늄 분말로 이루어진 지지 층; 및
    상기 표면 층과 지지 층 사이에 스테인레스스틸 분말과 알루미늄 분말이 혼합된 복수개의 혼합층들로 구성된 이종재료 경사 층;을 구비하되,
    상기 복수개의 혼합층의 각 층은 서로 다른 조성비의 스테인레스스틸 및 알루미늄 분말의 혼합으로 이루어지고,
    상기 혼합층들중 표면 층에 인접한 혼합층일수록 스테인레스스틸 분말의 함량이 알루미늄 분말의 함량보다 많고, 상기 지지 층에 인접한 혼합층일수록 알루미늄 분말의 함량이 스테인레스스틸 분말의 함량보다 많아져, 상기 혼합층의 각 층의 스테인레스스틸 분말과 알루미늄 분말의 함량이 연속적으로 변화하도록 하며,
    상기 복수개의 혼합층들의 각 층의 조성비는 표면 층으로부터 지지 층으로 갈수록 스테인레스스틸 분말과 알루미늄 분말의 부피%비가 95:5 내지 1:99로 변화하고,
    상기 접합은 30 내지 200 MPa의 압력, 400 내지 600 ℃의 온도 및 유지시간 5 내지 10 분 조건에서 방전 플라즈마 소결 공정을 이용하여 수행되며,
    상기 이종재료 경사 층은 비커스 경도 값이 120 내지 460 Hv으로 우수한 강도를 나타내는 것을 특징으로 하는 스테인레스스틸-알루미늄 이종 경사기능복합재료의 제조방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
KR1020160146653A 2016-11-04 2016-11-04 스테인레스스틸-알루미늄 이종 경사기능복합재료 및 이의 제조방법 KR101897752B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160146653A KR101897752B1 (ko) 2016-11-04 2016-11-04 스테인레스스틸-알루미늄 이종 경사기능복합재료 및 이의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160146653A KR101897752B1 (ko) 2016-11-04 2016-11-04 스테인레스스틸-알루미늄 이종 경사기능복합재료 및 이의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180050014A KR20180050014A (ko) 2018-05-14
KR101897752B1 true KR101897752B1 (ko) 2018-09-12

Family

ID=62187872

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160146653A KR101897752B1 (ko) 2016-11-04 2016-11-04 스테인레스스틸-알루미늄 이종 경사기능복합재료 및 이의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101897752B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102254512B1 (ko) * 2020-01-31 2021-05-21 부경대학교 산학협력단 열차폐용 복합재료 제조방법 및 이에 의해 제조된 열차폐용 복합재료

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001212898A (ja) * 2000-02-01 2001-08-07 Sumitomo Coal Mining Co Ltd 応力緩和型傾斜機能材料及びその製造方法
JP2003082476A (ja) 2001-06-26 2003-03-19 Toshiba Corp 耐食・耐摩耗タービン部材および製造方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10160056A (ja) * 1996-11-26 1998-06-16 Takata Kogyosho:Kk 傾斜機能性パイプ及び傾斜機能性管継手
KR100717201B1 (ko) 2005-12-09 2007-05-11 경남대학교 산학협력단 고강도 세라믹 복합체의 제조방법
KR20160019711A (ko) * 2014-08-12 2016-02-22 부경대학교 산학협력단 이중 나노입자 강화 알루미늄 경사 기능 재료 및 그 제조방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001212898A (ja) * 2000-02-01 2001-08-07 Sumitomo Coal Mining Co Ltd 応力緩和型傾斜機能材料及びその製造方法
JP2003082476A (ja) 2001-06-26 2003-03-19 Toshiba Corp 耐食・耐摩耗タービン部材および製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180050014A (ko) 2018-05-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102218592B (zh) 一种钛或钛合金与不锈钢的扩散焊方法
EP2969323B1 (en) Cladded articles and methods of making the same
CN105346161B (zh) 一种钨/过渡层/钢复合材料及其低温低压活性扩散连接的制备方法
Shirzadi et al. Joining ceramics to metals using metallic foam
US20110236713A1 (en) Functionally graded material shape and method for producing such a shape
CN103990880B (zh) 可形成互穿网络结构钎缝的非金属材料与金属材料的钎焊方法
CN106476395B (zh) 一种钛铜层状电极复合材料的快速制备方法
KR20100056841A (ko) 모재의 강도를 초과하는 접합강도를 갖는, 중간층을 이용한강계열 합금과 티타늄 또는 티타늄계열 합금 간의 고강도 이종금속 접합방법
CN101920393A (zh) 镁合金与铝合金的低温扩散焊接方法
CN102059449A (zh) 钨合金与钽合金的低温扩散焊接方法
KR101897752B1 (ko) 스테인레스스틸-알루미늄 이종 경사기능복합재료 및 이의 제조방법
KR101635793B1 (ko) 알루미늄 합금 복합 클래드재 및 이의 제조방법
KR101897668B1 (ko) 금속 pcb 및 열교환기용 이종 복합 재료 및 이의 제조 방법
KR101917356B1 (ko) 알루미늄-마그네슘 이종 경사기능복합재료 및 이의 제조방법
CN114147338A (zh) 一种钛钢2205双相不锈钢三层复合板爆炸焊接制备方法
WO2015053193A1 (ja) 接合構造および電子部材接合構造体
KR102010306B1 (ko) 알루미늄-티타늄 이종 경사기능복합재료 및 이의 제조방법
CN114131028A (zh) 一种铝基多孔复合夹芯结构及其制备方法和应用
JP4383837B2 (ja) 金属基複合材料の製造方法及びその方法で製造された複合材料
JP2012246173A (ja) 炭素材接合体、炭素材接合体用接合材及び炭素材接合体の製造方法
CN107043269B (zh) 一种陶瓷低温快速焊接改性的方法
KR102050390B1 (ko) 이종복합소재 접합을 위한 방전 플라즈마 소결 방법
CN1038182C (zh) 复合钎料及其制造方法
EP3023189A2 (en) Brazing sheet for surface joining
KR102631788B1 (ko) 계층구조를 이용한 이종금속의 확산접합을 위한 접합재 및 이를 이용한 확산접합 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant