KR102010306B1 - 알루미늄-티타늄 이종 경사기능복합재료 및 이의 제조방법 - Google Patents

알루미늄-티타늄 이종 경사기능복합재료 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 알루미늄-티타늄 이종 경사기능복합재료 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 티타늄 분말로 이루어진 표면층; 알루미늄 분말로 이루어진 지지층; 및 상기 표면층과 지지층 사이에 알루미늄 분말과 티타늄 분말이 혼합된 복수개의 혼합층으로 구성된 이종재료 경사층;을 구비함으로써, 상기 표면층과 지지층을 강하게 접합시킬 수 있고, 우수한 내식성을 나타낼 뿐만 아니라 경량, 고강도 특성을 나타내는 이종 경사기능복합재료 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.

Description

알루미늄-티타늄 이종 경사기능복합재료 및 이의 제조방법{Aluminum-Titanium Different Functionally Graded Composite Materials and Manufacturing method thereof}
본 발명은 알루미늄-티타늄 이종 경사기능복합재료 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 우수한 내식성을 나타낼 뿐만 아니라 경량, 고강도 특성을 나타내는 이종 경사기능복합재료 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 스파크 플라즈마를 이용한 소결법(Spark Plasma Sintering, SPS)은 분말을 1축으로 가압하면서 가압방향과 평행한 방향으로 직류펄스전류를 인가하여 소결하는 방법으로, 분체 입자간의 틈새에 압력과 저전압 및 대전류를 투입하고 이때 발생하는 스파크에 의해 순식간에 발생하는 플라즈마의 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 저렴하며, 소결기술에 대한 숙련이 필요하지 않고, 난소결재 및 고온에서 가공이 어려운 재료들에 대해서도 적용이 가능하다.
최근, 상기 스파크 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, 티타늄은 철의 절반 정도의 무게만으로도 철과 유사한 수준의 강도를 낼 수 있을 정도로 비중이 작아 가볍고, 상온 부근의 물 또는 공기 중에서는 부동태 피막이 형성되어 금이나 백금 다음 가는 우수한 내식성을 가지는 장점이 있으나, 녹는점이 약 1670℃ 정도로 매우 높아서 완전한 잉곳(Ingot)의 제작이 곤란하고, 고온에서는 급격히 산화되어 본래 요구되는 성질이 없어지기 때문에 열간 가공과 용접이 곤란하고, 높은 항복 응력 때문에 냉간 가공 또한 어렵다는 단점이 있다. 또한 티타늄이 상온에서는 안정한 산화피막이 생겨서 부식을 방지하지만 600℃ 이상의 고온에서는 반응성이 아주 좋아서 O2, N2, H2 등의 원소로 오염되어 내식성을 저하시키거나 용착 금속내부에 공극률(Porosity) 등의 결함을 발생시키게 되어 내식성 뿐만 아니라 기계적 성질까지 모두 저하시키는 성질이 있고, 가격이 비싸다는 단점이 있다.
또한, 알루미늄 합금은 알루미늄(Al)에 구리(Cu) 또는 마그네슘(Mg) 등의 금속을 첨가한 합금으로 철강보다 경량이고 가공성과 내식성이 우수하며, 뛰어난 비강성을 지니고 있어 차량 선박 항공기 등의 수송기기의 구조체로 활용되고 있으나, 기계적 강도가 떨어진다는 단점이 있다.
따라서, 상기 알루미늄 및 티타늄 소재의 복합화를 통해 각 소재의 장점을 살릴 경우, 우수한 기계적 강도, 내식성 및 경량성을 동시에 가지는 복합 소재로서 응용 분야에 최적화된 재료의 공급이 가능해 원가절감 및 성능향상이 가능할 것으로 예상된다.
상기와 같은 티타늄 합금-알루미늄 합금 복합 소재를 제조하기 위한 방법으로, 합금화를 위한 대표적인 가공 방법인 주조(casting)를 고려할 수 있다.
하지만, 주조에 의해 복합재료를 제조할 경우, 양 재료의 극단적인 용융점 차이(티타늄: 약 1675 ℃, 알루미늄 합금: 약 660 ℃)로 인해, 주조 과정 중에 알루미늄의 발화에 의한 연소, 대량의 바람직하지 않은 금속간 화합물의 발생 등의 문제가 있어 현재로서는 우수한 물성을 가지는 티타늄 합금-알루미늄 합금 복합 소재를 제조함에 있어서 큰 어려움이 있다. 특히 액상을 이용한 공정으로는 기능성을 겸비한 경사층으로 구성된 Al-Ti 복합재료는 제조가 불가능 하다.
따라서, 상기한 문제점을 극복하고 우수한 기계적 강도, 내식성 및 경량성을 동시에 가지는 티타늄 합금-알루미늄 합금 복합재료 제조방법에 대한 기술 개발이 필요하다.
한국공개특허 제10-2001-0021912호 (2001.03.15)
본 발명의 목적은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 알루미늄 분말로 이루어진 지지층과 티타늄 분말로 이루어진 표면층 사이에 알루미늄 분말과 티타늄 분말의 혼합분말로 구성되는 이종재료 경사층을 이용하여 표면층과 지지층을 접합함으로써 층간 박리 현상을 억제하고, 우수한 내식성, 경량 및 고강도 특성을 나타내는 알루미늄-티타늄 이종 경사기능복합재료 및 이를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 티타늄 분말로 이루어진 표면층; 알루미늄 분말로 이루어진 지지층; 및 상기 표면층과 지지층 사이에 알루미늄 분말과 티타늄 분말이 혼합된 복수개의 혼합층으로 구성된 이종재료 경사층;을 포함하고, 상기 이종재료 경사층은 각 혼합층이 상기 표면층에서 지지층 방향으로 배치될수록 상기 티타늄의 함량이 감소하는 것이고, 상기 복수개의 혼합층 중 어느 하나의 혼합층이 지지층 방향에 인접한 혼합층보다 티타늄의 함량이 더 많은 것인 알루미늄-티타늄 이종 경사기능복합재료를 제공한다.
상기 알루미늄 분말은 망간(Mn), 실리콘(Si), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 주석(Sn) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 금속을 더 포함하는 알루미늄 합금 분말인 것일 수 있다.
상기 티타늄 분말은 바나듐(V), 몰리브덴(Mo), 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al), 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 실리콘(Si), 주석(Sn), 네오비듐(Nb) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 금속을 더 포함하는 티타늄 합금 분말인 것일 수 있다.
상기 복수개의 혼합층 중 어느 하나의 혼합층과 인접한 혼합층 간의 티타늄 분말 함량의 차이값이 10 내지 30 부피%인 것일 수 있다.
상기 복수개의 혼합층 중 중심에 위치한 혼합층을 기준으로 대칭인 층에 위치한 두 혼합층은 인접한 층과의 티타늄 분말 함량의 차이값이 대칭인 것일 수 있다.
상기 알루미늄-티타늄 이종 경사기능복합재료의 비커스 경도는 120 내지 460 Hv인 것일 수 있다.
본 발명은 또한 알루미늄 분말로 이루어진 지지층을 마련하는 단계, 상기 지지층 상부에 알루미늄 분말과 티타늄 분말이 혼합된 복수개의 혼합층으로 구성된 이종재료 경사층을 적층하는 단계, 상기 이종재료 경사층 상부에 티타늄 분말로 이루어진 표면층을 적층하는 단계 및 상기 적층된 지지층, 이종재료 경사층 및 표면층을 스파크 플라즈마 소결공정을 이용하여 소결하는 단계를 포함하며,상기 이종재료 경사층은 각 혼합층이 상기 표면층에서 지지층 방향으로 배치될수록 상기 티타늄의 함량이 감소하는 것이고, 상기 복수개의 혼합층 중 어느 하나의 혼합층이 지지층 방향에 인접한 혼합층보다 티타늄의 함량이 더 많은 것인 알루미늄-티타늄 이종 경사기능복합재료 제조방법을 제공한다.
상기 스파크 플라즈마 소결 공정을 이용하여 소결하는 단계는 30 내지 200 MPa의 압력, 400 내지 600 ℃의 온도 및 유지시간 5 내지 10 분 조건에서 수행되는 것일 수 있다.
본 발명은 알루미늄과 티타늄 간의 물성이 점진적으로 변화하는 경사층을 포함함으로써, 이종 재료 간 응력완화 효과가 극대화 되어 계면접합력이 향상되고, 층간 박리 현상이 억제된 알루미늄-티타늄 이종 경사기능복합재료를 제공할 수 있다.
본 발명은 또한 강도와 내식성 및 경량성이 동시에 요구되는 부품군에 적용이 가능한 알루미늄-티타늄 이종 경사기능복합재료를 제공할 수 있다.
본 발명은 또한 스파크 플라즈마 소결 단계를 포함함으로써 더욱 견고한 복합재료를 제조할 수 있는 알루미늄-티타늄 이종 경사기능복합재료 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄-티타늄 이종 경사기능복합재료를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스파크 플라즈마 소결 장치를 모식적으로 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스파크 플라즈마 소결 공정을 모식적으로 나타낸 개념도이다.
도 4 내지 13은 본 발명의 실시예1에 따라 제조된 경사기능복합재료를 각 층별로 나누어 분석한 HV 이미지이다.
도 14 내지 23는 본 발명의 실시예1에 따라 제조된 경사기능복합재료를 각 층별로 나누어 분석한 XRD 패턴 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 24 내지 38은 본 발명의 실시예1에 따라 제조된 경사기능복합재료를 각 층별로 나누어 분석한 SEM(scanning electron microscope) 이미지이다.
도 39 내지 43은 본 발명의 실시예1에 따라 제조된 경사기능복합재료를 각 층별로 나누어 분석한 EDS(energy dispersive x-ray spectra) 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄-티타늄 이종 경사 기능복합재료를 도시한 단면도이다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 알루미늄-티타늄 이종 경사기능복합재료(100)는 티타늄 분말로 이루어진 표면층(130); 알루미늄 분말로 이루어진 지지층(110); 및 상기 표면층(130)과 지지층(110) 사이에 알루미늄 분말과 티타늄 분말이 혼합된 복수개의 혼합층(125)으로 구성된 이종재료 경사층(120);을 포함하고,
상기 이종재료 경사층(120)은 각 혼합층(125)이 상기 표면층(130)에서 지지층(110) 방향으로 배치될수록 상기 티타늄의 함량이 감소하는 것으로, 상기 복수개의 혼합층(125) 중 어느 하나의 혼합층(125)이 지지층(110) 방향에 인접한 혼합층(125)보다 티타늄의 함량이 더 많은 것을 특징으로 한다.
일례로, 상기 이종재료 경사층은 상기 복수개의 혼합층 중 어느 하나의 혼합층 A 및 상기 혼합층 A와 접하며 상기 혼합층 A에 비하여 상기 표면층에서 더 멀리 위치하는 혼합층 B를 포함하고, 상기 혼합층 A의 티타늄 분말의 함량은 상기 혼합층 B의 티타늄 분말의 함량 보다 더 많은 것일 수 있다.
본 발명에 따른 이종 경사기능복합재료(100)는, 티타늄 분말(4.506 g/㎤)보다 밀도가 낮은 알루미늄 분말(2.7 g/㎤)을 혼합함으로써 제조되므로, 티타늄으로만 구성된 소재에 비해 가벼우므로 재료의 저경량화를 필요로 하는 분야에서 사용될 수 있다.
또한, 경량 특성뿐만 아니라, 우수한 경도와 부식성이 요구되는 표면에는 티타늄 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 알루미늄 분말 및 티타늄 분말의 직경은 1 ㎛ 내지 300 ㎛일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 알루미늄 분말 및 티타늄 분말의 직경은 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다.
상기 알루미늄 분말은 통상적으로 사용되는 1000 계열의 순수 알루미늄 분말을 사용할 수 있고, 알루미늄 분말은 망간(Mn), 실리콘(Si), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 주석(Sn) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 금속을 더 포함하는 알루미늄 합금 분말을 사용할 수 있다.
상기 알루미늄 합금 분말은 공지의 소성가공용 합금(wrought alloy) 또는 주조용 합금(cast alloy)을 제한 없이 사용할 수 있으며, 이러한 알루미늄 합금 분말로는, 3003, 3004 또는 3014 등의 Al-Mn계, 4032 또는 4043 등의 Al-Si계, 두랄루민으로 알려진 2017 또는 2024 등의 Al-Cu계, 5052 또는 5083 등의 Al-Mg계, 6061-T6, 6063 또는 6N01 등의 Al-Mg-Si계, 7N01 등의 Al-Zn-Mg계와 7075 등의 Al-Si-Cu-Mg계 알루미늄 합금 등을 대표적인 예로 들 수 있다.
아울러, 상기 알루미늄은 평균입경이 1 내지 100 ㎛인 것을 사용하는 것이 바람직한데, 이는 평균입경이 1 ㎛ 미만일 경우에는 티타늄 분말과의 과도한 합금화(alloying)가 야기될 수 있으며, 평균입경이 100 ㎛를 초과할 경우에는 기공률이 너무 높아져 티타늄 분말과의 복합화가 유도되기 힘든 문제점이 있기 때문이다.
또한, 상기 티타늄 분말은 통상적으로 사용되는 티타늄을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 Grade 1, Grade 2, Grade 3, 및 Grade 4로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 금속을 사용할 수 있다.
또한, 상기 티타늄 분말은 바나듐(V), 몰리브덴(Mo), 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al), 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 실리콘(Si), 주석(Sn), 네오비듐(Nb) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 금속을 더 포함하는 티타늄 합금 분말인 것일 수 있다.
아울러, 상기 티타늄 분말은 평균입경이 1 내지 300 ㎛인 것을 사용하는 것이 바람직한데, 이는 평균입경이 1 ㎛ 미만일 경우에는 알루미늄 분말 또는 알루미늄 합금 분말과의 과도한 합금화(alloying)가 야기될 수 있으며, 평균입경이 300 ㎛를 초과할 경우에는 기공률이 너무 높아져 알루미늄 분말 또는 알루미늄 합금 분말과의 복합화가 유도되기 힘든 문제점이 있기 때문이다.
본 발명의 이종 경사기능복합재료(100)는 상기 복수개의 혼합층(125)에 포함된 알루미늄 분말 및 티타늄 분말의 함량 및 조성비가 각 층마다 상이하며, 두께 방향으로 각 혼합층(125)에 따라 그 조성비가 순차적으로 변화하므로 알루미늄과 티타늄간의 급격한 물성 변화를 완화시켜 기계적 충격이나 열 충격에 강할 뿐만 아니라, 열 충격 특성 및 열 피로 특성이 향상될 수 있다.
상기 복수개의 혼합층(125) 중 어느 하나의 혼합층과 인접한 혼합층 간의 티타늄 분말 함량의 차이값이 10 내지 30 부피%인 것일 수 있다.
알루미늄 분말과 티타늄 분말은 티타늄 분말의 부피% 값과 알루미늄 분말의 부피%값의 합이 100부피%인 상관관계(Correlation)에 있고, 티타늄 분말의 체적비가 증가 또는 감소하는 만큼, 알루미늄 분말의 체적비가 동일한 비율로 감소 또는 증가하는 것이 자명하므로, 함량의 차이값을 티타늄 분말 함량을 기준으로 서술한다.
일례로, 상기 이종재료 경사층은 상기 복수개의 혼합층(125) 중 어느 하나의 혼합층 C 및 상기 혼합층 C와 인접한 혼합층 D를 포함하고, 상기 혼합층 C의 전체 부피에 대한 혼합층 C의 티타늄 분말의 부피%와 상기 혼합층 D의 전체 부피에 대한 혼합층 D의 티타늄 분말의 부피%의 차이는 10 내지 30 부피%인 것일 수 있다.
또한 본 발명의 이종 경사기능복합재료(100)는 상기 복수개의 혼합층(125) 중 중심에 위치한 혼합층을 기준으로 대칭인 층에 위치한 두 혼합층은 인접한 층과의 티타늄 분말 함량의 차이값이 대칭인 것일 수 있다.
일례로, 홀수개의 혼합층을 포함하는 이종재료 경사층(120)에 있어서, 가운데 위치하는 층을 중심층이라 하고, 어느 하나의 혼합층 E, 상기 혼합층 E와 인접한 혼합층을 F라 하고, 상기 중심층을 기준으로 대칭하는 층을 각각 E', F'라 할 때, 상기 혼합층 E와 F의 티타늄 함량의 차이값이 E'와 F'의 티타늄 함량의 차이값과 같은 것일 수 있다.
티타늄 함량이 상기 범위를 만족하지 않는 경우, 상기 표면층(130), 각 혼합층(125) 및 지지층(110) 간에 접합이 잘 되지 않아 층간 박리가 발생할 수 있다.
상기 복수개의 혼합층(125)에 있어서, 알루미늄 분말과 티타늄 분말 각 물질은 구성 비율에 따라 다양한 특성 구현이 가능하고, 이를 이용하여 맞춤형 복합재료의 제조가 가능하다.
일례로, 강한 경도를 요구하는 외부에는 티타늄을 고함량으로 함유하도록 설계할 수 있고, 내부는 상대적으로 인성이 높은 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 함량을 높임으로써 우수한 기계적 특성, 내식성 및 경량성을 동시에 구현할 수 있다.
상기 이종 경사기능복합재료(100)의 두께는 적층되는 혼합층의 수에 따라 조절될 수 있다. 바람직하게는, 상대적으로 가격이 높은 티타늄 분말을 적게 사용하기 위해 표면층(130)의 두께를 지지층(110)의 두께보다 얇게 형성하거나, 또는 동일한 두께로 형성할 수도 있다.
또한, 상기 이종 경사기능복합재료(100)는 티타늄 분말로 구성되는 층(130)-이종재료 경사층(120)-알루미늄 분말로 구성되는 층(110)과 같이 한 방향으로 조합될 수도 있고, 티타늄 분말로 구성되는 층(130)-이종재료 경사층(120)-알루미늄 분말로 구성되는 층(110)-이종재료 경사층(120)- 티타늄 분말로 구성되는 층(130)과 같이 양 방향으로 조합될 수도 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 이종 경사기능복합재료(100)에 구성되는 각 층을 형성하는 각 분말 소재는 스파크 플라즈마 소결(spark plasma sintering, SPS) 공정을 이용하여 소결함으로써 상기 층을 형성할 수 있다. 구체적으로는, 상기 알루미늄 분말 및 티타늄 분말은 각 분말을 적층한 후 소결함으로써 하나의 복합체 내에 각 기능을 가지는 각 층을 구성할 수 있다.
이하, 상기 이종 경사기능복합재료(100)의 제조방법을 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 알루미늄-티타늄 이종 경사기능복합재료(100)의 제조방법은, 알루미늄 분말로 이루어진 지지층(110)을 마련하는 단계, 상기 지지층(110) 상부에 알루미늄 분말과 티타늄 분말이 혼합된 복수개의 혼합층(125)으로 구성된 이종재료 경사층(120)을 적층하는 단계, 상기 이종재료 경사층(120) 상부에 티타늄 분말로 이루어진 표면층(130)을 적층하는 단계 및 상기 적층된 지지층(110), 이종재료 경사층(120) 및 표면층(130)을 스파크 플라즈마 소결 공정을 이용하여 접합하는 단계를 포함하며, 이종재료 경사층(120)은 각 혼합층(125)이 상기 표면층(130)에서 지지층(110) 방향으로 배치될수록 상기 티타늄의 함량이 감소하는 것이고, 상기 복수개의 혼합층 중 어느 하나의 혼합층(125)이 지지층(110) 방향에 인접한 혼합층(125)보다 티타늄의 함량이 더 많은 것을 특징으로 한다.
상기 스파크 플라즈마 소결 공정을 이용하여 접합하는 단계는 30 내지 200 MPa의 압력, 400 내지 600 ℃의 온도 및 유지시간 5 내지 10 분 조건에서 수행되는 것일 수 있다.
본 단계에서 티타늄 분말 및 상기 알루미늄 분말의 복합화를 위해 사용되는 스파크 플라즈마 소결은, 분말이나 판재를 1축으로 가압하면서 가압방향과 평행한 방향으로 직류펄스 전류를 인가하여 소결하는 방법으로서, 분말이나 판재에 압력과 저전압 및 대전류를 투입하고 이때 발생하는 스파크에 의해 순식간에 발생하는 플라즈마의 고에너지를 전계확산, 열확산 등에 응용하는 소결 방법이다. 이러한 스파크 플라즈마 소결은 종래 주조법을 이용한 복합재료의 제조방법에 비해서, 소결 온도가 200 내지 500 ℃ 정도 더 낮고, 승온 및 유지시간을 포함하여 단시간에 소결을 완료할 수 있기 때문에, 전력소비를 크게 감소시킬 수 있으며, 취급이 간편하고, 운영비용이 저렴하다.
본 발명에서는 종래 주조법(용융법)을 이용한 이종 합금의 복합화 공정과는 달리, 분말 상의 출발물질을 스파크 플라즈마 소결을 통해 소결하여 이종 경사기능복합재료를 제조하는 저에너지의 고상 분말 야금 공정을 적용함으로써 제조시간이 짧으며, 고밀도 이종 경사기능복합재료의 제조가 가능해 티타늄과 동등한 수준의 기계적 강도 및 내식성을 가질 뿐만 아니라, 가공성이 우수한 경량의 이종 경사기능복합재료를 제조할 수 있는 효과가 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스파크 플라즈마 소결 장치를 모식적으로 나타낸 개념도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스파크 플라즈마 소결 공정을 모식적으로 나타낸 개념도이다.
도 2를 참조하여 상기 스파크 플라즈며 소결 공정을 설명하면, 상기 스파크 플라즈마 소결 공정은 진공 챔버(chamber)(201), 다이 어셈블리(202), 전류 공급 장치(203), 가압 장치(204), 제어 장치(205), 온도 및 압력 측정 장치(206), 전극(207), 혼합 분말 등을 포함하는 스파크 플라즈마 소결 장치를 사용하여 수행될 수 있다.
구체적으로 탄소몰드에 상기 알루미늄 분말 및 티타늄 분말이 혼합된 복합분말을 장입하고, 상기 탄소몰드를 진공챔버(201) 내의 소결다이(302)에 세팅한다. 상기 세팅된 진공챔버(201)를 감압장치에 의해 감압 후 가압장치부(204)에 의해 가압하고 직류전원 공급장치부(203)를 통해 상, 하부 펀치 전극(207)에 전류를 가하여 챔버(201) 내 승온이 이루어진다. 챔버 내의 일정한 압력과 온도 조절은 제어부(205)에서 온도계측기, 감압장치, 가압장치부(204), 직류전원 공급 장치부(203) 등을 제어하여 일정한 소결체가 나오도록 한다. 일정 시간 소결 후, 냉각장치 아르곤 또는 질소가스를 이용하여 챔버(201) 내에서 냉각을 실시한다.
도 3을 참조하여 상기 스파크 플라즈며 소결 공정을 설명하면, 상기 혼합분말(301)을 따라, 펄스 전류(pulse current)(303)가 공급되고, 이에 의해 단시간에 발생하는 스파크 플라즈마 방전 현상(305)에 의해 상기 혼합분말에 형성되는 줄열(joule heat)(304)에 의해 상기 혼합분말에 포함된 티타늄 분말 및 알루미늄 합금 분말(301)이 복합화되어 치밀한 복합재료를 형성할 수 있다.
상기 소결 공정은 알루미늄의 융점 이하의 온도, 예를 들면 400 내지 600 ℃의 온도에서 30 내지 200 MPa의 압력을 가해 5 내지 10 분 동안 수행되는 것이 바람직하다.
상기 소결 온도가 400 ℃ 미만일 경우, Ti와 Al 계면 사이에 우수한 접합력을 지닌 조직의 제조가 어려울 수 있고, 600 ℃를 초과하는 경우, 알루미늄 분말의 용융으로 인해서 형태를 유지하기 어렵고, 입자성장으로 인해서 기계적 특성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
상기와 같이 스파크 플라즈마 소결을 이용하면, 알루미늄과 티타늄 또는 알루미늄 합금내 성분 원소의 상호 확산이 일어날만한 온도 및 시간이 충분하지 않기 때문에 계면 생성물의 범위가 매우 작고, 조성 변화의 범위가 극히 제한되어 합금 고유의 특성을 유지할 수 있는 효과가 있다.
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.
특히 상기 소결 온도가 400 ℃ 미만일 경우, Ti와 Al 계면 사이에 우수한 접합력을 지닌 조직의 제조가 어려울 수 있고, 600 ℃를 초과하는 경우, Al분말의 용융으로 인해서 형태를 유지하기 어렵고, 입자성장으로 인해서 기계적 특성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
한편 일반적인 합금의 경우, 금속 분말을 높은 온도로 소결시켜 분말 형태가 사라진 하나의 합금 덩어리를 형성시키는 것으로 분말 형태가 사라지는 액상 형태에서 금속간화합물(intermetallic compound)이 형성될 수 있다. 이러한 금속간화합물의 경우 대게는 매우 높은 강도를 지니지만 과도한 합금화로 인하여 인성의 부족을 초래할 수 있다.
또한 알루미늄 분말과 티타늄 분말의 융점 차이에 의하여, 융점이 더 낮은 알루미늄이 먼저 액상화 되는 경우 액상 알루미늄의 쏠림 현상으로 인해 편석이 과도하게 발생하는 등 균질한 분산이 어려울 수 있다.
한편 본 발명에 따른 알루미늄-티타늄 이종 경사기능복합재료(100)는 상기 소결 조건을 조절하여 알루미늄-티타늄 합금이 과도하게 합금화 되는 것을 방지하고 분말의 형태로 균질하게 혼합되어있는 벌크상으로 만드는 것을 특징으로 한다. 특히 상기 소결 과정에서 고상의 알루미늄 분말과 티타늄 분말에 스파크 플라즈마 소결 공정을 수행하여 매우 짧은 시간동안 매우 큰 에너지를 발생시켜 금속간화합물을 생성시킨 것이다. 본 발명의 제조방법과 같이 낮은 소결온도에서 금속간화합물을 생성시키는 것은 매우 독특한 기술로 일반적인 합금 과정에서 발생되는 인성 저하 문제를 해결할 수 있다.
상기와 같이 스파크 플라즈마 소결을 이용하면, 알루미늄 분말과 티타늄 분말간 성분 원소의 상호 확산이 일어날만한 온도 및 시간이 충분하지 않기 때문에 계면 생성물의 범위가 매우 작고, 조성 변화의 범위가 극히 제한되어 합금 고유의 특성을 유지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기와 같은 스파크 플라즈마 소결 공정을 이용하면, 기존의 합성온도보다 낮은 온도 및 짧은 시간 내에 이종 경사기능복합재료의 제조가 가능해 제조원가를 절감할 수 있다.
본 발명에 따른 알루미늄-티타늄 이종 경사기능복합재료의 제조방법에 의하면, 복합화 단계에서 스파크 플라즈마 소결 공정을 이용해 출발 물질인 알루미늄 분말과 티타늄 분말을 조성 변화 없이 급속하게 치밀화 및 복합화 시킴으로써, 각 출발 원료 소재가 가지는 경량성, 우수한 내식성, 가공성 및 기계적 특성과 같은 장점들을 그대로 전부 포함하는 우수한 물성의 알루미늄-티타늄 이종 경사기능복합재료를 제조할 수 있다.
종합적으로, 알루미늄과 티타늄을 접합하는 방법에 있어서, 티타늄 분말로 이루어진 표면층(130); 알루미늄 분말로 이루어진 지지층(110); 및 상기 표면층(130)과 지지층(110) 사이에 알루미늄 분말과 티타늄 분말이 혼합된 복수개의 혼합층(125)으로 구성된 이종재료 경사층(120);을 구비하되, 상기 이종재료 경사층(120)은 각 혼합층(125)이 상기 표면층(130)에서 지지층(110) 방향으로 배치될수록 상기 티타늄의 함량이 감소하는 것이고, 상기 복수개의 혼합층 중 어느 하나의 혼합층(125)이 지지층(110) 방향에 인접한 혼합층(125)보다 티타늄의 함량이 더 많은 것을 특징으로 하며, 상기 접합은 스파크 플라즈마 소결 공정을 이용하여 30 내지 200 MPa의 압력, 400 내지 600 ℃의 온도 및 유지시간 5 내지 10 분 조건에서 수행되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 이종재료 경사층(120)을 구성하는 각혼합층의 혼합 분말은 볼 밀(Ball Mill) 공정, 초음파 분산, 블렌딩, 튜블라(Tubular) 믹싱 등을 사용하여 혼합할 수 있으나, 볼 밀 공정을 이용하는 것이 바람직하다.
본 단계에서 알루미늄 분말과 티타늄 분말 또는 알루미늄 합금 분말을 분쇄 및 혼합하기 위한 밀링(milling) 방법은, 상기 원료 분말들이 균일하게 분쇄 및 혼합되어 후술할 단계에서 스파크 플라즈마 소결 공정을 통해 복합 재료를 형성할 수 있기만 하면 그 구체적인 방법이 특별히 제한되지 않는다.
예를 들어, 본 단계는 볼 밀링(ball milling), 유성 밀링(planetary milling) 또는 어트리션 밀링(attrition milling) 등을 이용한 밀링(milling)을 통해 기계적으로 혼합하는 공정을 통해 수행될 수 있다.
일례로, 볼 밀링 방법을 통해 상기 공정을 수행하여 출발 물질을 제조하기 위해서는, 100 내지 500 rpm으로 6 내지 24 시간 동안 수행되도록 구성하여 균일한 크기로 분쇄 및 혼합된 혼합분말을 제조하도록 구성할 수 있으며, 보다 바람직하게는 200 rpm으로 10 내지 14시간 동안 수행되도록 구성할 수 있다.
상기 혼합분말은 상기 티타늄 분말 및 상기 알루미늄 분말의 체적비를 조절하여 비중, 연신율(elongation), 인장 강도(tensile strength), 경도(hardness) 등의 물성을 달리 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 알루미늄 분말 및 티타늄 분말 입자의 넓은 표면적으로 인해 상기 이종 재료간에 보다 많은 접합 영역 또는 경계(Boundary)가 형성될 수 있고, 이에 따라 스파크 플라즈마 소결 공정을 수행하면서 확산한 원자에 의해 재료 간에 형성될 수 있는 결합이 더욱 증가하여 보다 견고한 복합소재를 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 이종 경사기능복합재료는 알루미늄과 티타늄의 특성을 모두 가지고 있으므로 우수한 강도 및 기계적 특성을 나타낼 뿐만 아니라, 경량 특성을 나타내므로 기계, 자동차, 열차, 선박, 우주항공 분야에 적용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 이종 경사기능복합재료(100)의 비커스 경도는 120 내지 460 Hv인 것일 수 있다.
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.
[ 제조예 1: 알루미늄-티타늄 이종 경사기능복합재료의 제조]
< 실시예 1>
티타늄(SUS316L) 분말, 알루미늄 분말을 사용하여 각각 표면층과 지지층을 제조하였다. 그런 다음, 알루미늄 분말과 티타늄 분말을 하기 표 1의 조성으로 혼합하고, 각각 볼 밀을 이용하여 6시간 동안 혼합하였다. 혼합 후, Φ10mm의 탄소몰드에 하기 표 1에 기재된 순서로 지지층을 가장 하층으로 하여 순차적으로 적층하였다. 그런 다음, 200 MPa, 600 ℃에서 5분간 스파크 플라즈마 소결 공정을 수행하여 알루미늄-마그네슘 복합소재를 제조하였다. 이 때, 승온 속도는 분당 100℃였다. 제조된 원기둥형 이종 경사기능복합재료의 직경은 15mm이고, 두께는 20mm였다.
제조된 이종 경사기능복합재료 각 층의 티타늄 함량의 차이값은 표면층부터 각각 20 부피%, 30 부피%, 30 부피% 및 20 부피%로 차이값의 범위가 10 내지 30 부피%에 포함된다. 또한 중심층(50 부피%)을 기준으로 중심층과 인접하며 서로 대칭인 두 층(20 부피%, 80 부피%)은 각각 표면층 방향으로 30 부피% 감소하였고, 지지층 방향으로 30 부피% 증가하여 차이값이 대칭이며, 각각 지지층 및 표면층과의 차이값 또한 각각 20 부피%로 차이값이 대칭이다.
Al/Ti(부피%) 재료 밀도(g/㎤) 부피(㎤) 무게(g)
Al/Ti(100/-) Al (75㎛) 2.700 - -
Al/Ti(80/20) Al (75㎛) 2.700 52.27 141.12
Ti (150㎛) 4.506 13.07 58.88
Total 3.061 65.33 200.00
Al/Ti(50/50) Al (75㎛) 2.700 13.87 37.45
Ti (150㎛) 4.506 13.87 62.50
Total 3.603 27.74 99.95
Al/Ti(20/80) Al (75㎛) 2.700 9.65 26.06
Ti (150㎛) 4.506 38.60 173.94
Total 4.145 48.25 200.00
Al/Ti(-/100) Ti (150㎛) 4.506 - -
< 비교예 1: 알루미늄-티타늄 이종 복합재료의 제조>
상기 표면층과 지지층 사이에 이종재료 경사층을 구비하지 않는 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 알루미늄-티타늄 이종 복합재료를 제조하였다.
< 비교예 2: 알루미늄-티타늄 이종 복합재료의 제조>
티타늄 분말, 알루미늄 분말을 50:50 부피%의 조성비로 혼합하고, 볼 밀을 이용하여 6시간 동안 혼합하였다. 혼합 후, 200 MPa, 600 ℃에서 5분간 스파크 플라즈마 소결 공정을 수행하여 알루미늄-마그네슘 복합소재를 제조하였다. 이 때, 승온 속도는 분당 100℃였다. 제조된 알루미늄-티타늄 이종 복합재료의 직경은 15mm이고, 두께는 20mm였다.
[ 실험예 1: 비커스 경도(Vickers Hardness)의 측정]
실시예 1 및 비교예 1 의 복합재료의 비커스 경도를 측정하여 하기 표 2에 나타내었다. 구체적으로, 각 복합재료의 일면을 각각 3회씩 측정하였으며 그 평균값을 나타내었다.
구분(부피%) 비커스 경도 (HV)
실시예1 Al Ti 1회 2회 3회 4회
100 0 20.9 21.8 19.0 18.3
80 20 58.3 60.5 61.3 59.7
50 50 324.5 317.9 329.3 330.7
20 80 369.5 370.2 362.5 358.2
0 100 157.6 160.3 149.2 152.4
전체 315.3 314.9 311.5 323.9
비교예1 100 0 18.5 21.3 20.9 19.2
0 100 140.5 138.2 142.3 142.6
전체 79.5 80.5 81.2 82.4
비교예2 50 50 310.5 324.8 309.8 330.6
표 2를 참조로, 실시예 1의 이종 경사기능복합재료의 비커스 경도 값이 비교예 1 의 복합재료의 비커스 경도 값 대비 크게 상승한 것을 확인하였다.
특히, 알루미늄 분말만으로 구성된 지지층의 비커스 경도 평균 값이 약 20 Hv인데에 반해, 이종재료 경사층을 구성하는 혼합층들의 비커스 경도 평균 값은 약 58 Hv 내지 369 Hv로 크게 증가한 것으로 보아, 본 발명에 따른 이종 경사기능복합재료가 상기 경사층을 구비함으로써 보다 우수한 기계적 특성을 나타낼 수 있음을 알 수 있었다.
따라서, 본 발명에 따른 실시예 1의 이종 경사기능복합재료는 상기 비교예 1의 복합재료에 비해 보다 우수한 내식성 및 강도를 나타낼 뿐만 아니라 우수한 기계적 특성을 나타낼 수 있음을 확인하였다.
[ 실험예 2: 경사기능복합재료의 결정학적 특성 분석 HV ( OM ), XRD ]
상기 실시예 1에 따라 제조된 경사기능복합재료의 HV(OM) 및 XRD 분석을 실시하였다. HV(OM)(The vickers hardness of the composite materials)는 일본 미쓰토요(Mitutoyo)사의 HM-101 비커스 경도 측정기를 이용하여 JIS B 7725, ISO 6507-2에 따라 0.3 kg의 하중으로 5 초 동안 측정하였고, XRD(The x-ray diffraction) 패턴은 일본 리가쿠(Rigaku)사의 X선 회절계(제품명 Ultima Ⅳ)를 이용하여 측정하였다. X선 회절계는 20 내지 80°의 2θ 범위에서 Cu Kα 방사선원(λ=1.5148 Å, 40 kV, 40 mA)을 갖는 선형 검출기(D/tex ultra)를 이용하는 것이다.
도 4 내지 13은 실시예 1에 따라 제조된 경사기능복합재료의 각 층별 HV(OM) 측정 결과를 나타낸 사진이다. 도 4 내지 8은 10 배율, 도 9 내지 13은 40 배율로 확대한 것이다. 알루미늄과 티타늄 함량(Al/Ti(부피%))은 각각 도 4 (100/-), 도 5 (80/20), 도 6 (50/50), 도 7 (20/80), 도 8(-/100)이고, 도 9 (100/-), 도 10 (80/20), 도 11 (50/50), 도 12 (20/80), 도 13(-/100)이다. 도 4 내지 13에 따르면, 지지층과 표면층은 대체로 알루미늄과 티타늄의 단일 결정학적 조직을 나타내지만 경사층의 경우는 조성에 따라 바운더리의 크기가 다른 다양한 형상의 결정조직을 나타내고 있음을 확인 하였다.
이러한 결정학적 특성은 도 14 내지 23의 XRD 결과로도 알 수 있다. 도 14 내지 18은 SPS 공정 수행 전의 혼합분말(Ti + Al), 19 내지 23은 SPS 공정 수행 후 얻어진 복합재료에 대한 XRD 분석 결과이다. 알루미늄과 티타늄 함량(Al/Ti(부피%))은 각각 도 14 (100/-), 도 15 (80/20), 도 16 (50/50), 도 17 (20/80), 도 18(-/100)이고, 도 19 (100/-), 도 20 (80/20), 도 21 (50/50), 도 22 (20/80), 도 23(-/100)이다.
또한 혼합분말의 경우는 단일상을 나타내지만 스파크 플라즈마를 이용한 소결 공정(SPS) 후에는 Al과 Ti상 이외에도 미량의 금속간화합물 (Al3Ti, Al5Ti2, Al11Ti5)이 형성되는 것을 알 수 있었다.
[ 실험예 3: 경사기능복합재료의 미세구조 분석]
도 24 내지 38은 실시예 1에 따라 제조된 경사기능복합재료를 각 층별로 나누어 분석한 SEM(scanning electron microscope) 이미지이다. 도 24 내지 28은 100㎛, 도 29 내지 33은 50㎛, 도 34 내지 38은 20㎛ 단위로 확대한 것이다.
알루미늄과 티타늄 함량(Al/Ti(부피%))은 각각 도 24 (100/-), 도 25 (80/20), 도 26 (50/50), 도 27 (20/80), 도 28(-/100)이고, 도 29 (100/-), 도 30 (80/20), 도 31 (50/50), 도 32 (20/80), 도 33(-/100)이고, 도 34 (100/-), 도 35 (80/20), 도 36 (50/50), 도 37 (20/80), 도 38(-/100)이다.
도 39 내지 43은 EDS(energy dispersive x-ray spectra)결과를 나타낸 것이다. 알루미늄과 티타늄 함량(Al/Ti(부피%))은 각각 도 39 (100/-), 도 40 (80/20), 도 41 (50/50), 도 42 (20/80), 도 43(-/100)이다.
상기 SEM 이미지는 체코 테스칸(TESCAN)사의 기기(모델명 VEGA 2 LSU)를 이용하여 측정하였고, 상기 EDS는 일본 히타치(HITACHI)사의 기기(모델명S-2400)를 이용하여 측정하였다. 실시예 1에 따라 제조된 경사기능복합재료는 NaOH 5% 수용액에 에칭하여 전자현미경 내부에서 EDS분석을 실행하였다.
도 24 내지 38에 따르면 실시예 1에서 제조된 경사기능복합재료는 지지층과 표면층은 대체로 알루미늄과 티타늄의 단일 미세조직을 나타내지만 경사층의 경우는 조성에 따라 바운더리의 크기가 다른 다양한 형상의 미세조직을 나타내고 있음을 확인 할 수 있었다. 또한 제조된 경사기능복합재료는 구성하는 물질의 조성에 따라 미세조직이 조절될 수 있음을 알 수 있고 이는 결과적으로 경사층의 물성을 조절 할 수 있음을 의미한다.
도 24 내지 38에서 지지층과 표면층은 각각의 한 성분만이 검출되었고 경사층의 경우 구성하는 물질의 조성 함량과 유사한 피크치를 나타냄을 알 수 있었다.
[ 실험예 4: 신뢰성 실험]
내식성 내습성 내마모성
(마모율 %)
실시예1 PASS PASS 0.1%
비교예1 AL층 일부백화발생
TI층 PASS		 AL층 PASS
TI층 PASS		 AL층 3%
TI층 0.1%
비교예2 PASS PASS 0.08%
상기 내식성 및 내습성 실험은 염수분무시험기 (ITABASHI_SQ-1000-CA)를 이용하여 염수 스프레이(Salt spray, KS D 9502:2009)를 12시간 분무하여 결점(DEFECT) 생성 여부를 검증하는 방법으로 실시하였다.
상기 내마모 특성은 볼 온 디스크(Ball on Disk) 타입 마찰계(Tribometer, JLTB060, J&L Tech) 장비를 이용하여 하중 30N, 시간 1800sec, WC 볼의 조건에서 마모시험을 수행하여 마찰계수를 측정하였다. 마모율이 낮을수록 내마모 특성이 우수하다.
실험 결과 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 경사기능복합재료의 내식성 및 내습성이 우수함을 확인할 수 있었고, 마찰 실험에서 마모율이 0.1% 정도로 비교예 2와 유사하게 측정되었고 이로부터 내마모성 저하되지 않았음을 확인할 수 있었고, 비교예 1에 비하여 향상된 것을 확인할 수 있었다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 경사기능복합체
110: 티타늄 층
120: 접합층
125: 혼합층
130: 알루미늄 층
200: 스파크 플라즈마 소결 장치
201: 진공 챔버
202: 다이 어셈블리
203: 전류 공급 장치
204: 가압 장치
205: 제어 장치
206: 온도 및 압력 측정 장치
207: 전극
300: 스파크 플라즈마 소결 공정
301: 혼합 분말
302: 다이
303: 펄스전류
304: 줄열
305: 방전

Claims (8)

  1. 알루미늄-티타늄 이종 경사기능복합재료 제조방법에 있어서,
    알루미늄 분말로 이루어진 지지층을 마련하는 단계,
    상기 지지층 상부에 알루미늄 분말과 티타늄 분말이 혼합된 복수개의 혼합층으로 구성된 이종재료 경사층을 적층하는 단계,
    상기 이종재료 경사층 상부에 티타늄 분말로 이루어진 표면층을 적층하는 단계 및
    상기 적층된 지지층, 이종재료 경사층 및 표면층을 스파크 플라즈마 소결공정을 이용하여 소결하는 단계를 포함하며,
    상기 스파크 플라즈마 소결공정을 이용하여 소결하는 단계는, 200 MPa의 압력, 600 ℃의 온도 및 유지시간 5분 조건에서 수행되고,
    상기 스파크 플라즈마 소결공정에 의해 상기 알루미늄 분말과 상기 티타늄 분말을 따라, 펄스 전류가 공급되고, 상기 펄스 전류에 의해 발생하는 스파크 플라즈마 방전 현상에 의해 상기 알루미늄 분말과 상기 티타늄 분말에 형성되는 줄열에 의해 상기 알루미늄 분말과 상기 티타늄 분말이 복합화되며,
    상기 이종재료 경사층은 각 혼합층이 상기 표면층에서 지지층 방향으로 배치될수록 상기 티타늄의 함량이 감소하는 것이고, 상기 복수개의 혼합층 중 어느 하나의 혼합층이 지지층 방향에 인접한 혼합층보다 티타늄의 함량이 더 많고,
    상기 이종재료 경사층은, 상기 지지층 상부에 적층된 알루미늄과 티타늄의 부피%가 80:20인 Al/Ti(80/20)층, 상기 Al/Ti(80/20)층 상부에 적층된 알루미늄과 티타늄의 부피%가 50:50인 Al/Ti(50/50)층 및 상기 Al/Ti(50/50)층 상부에 적층된 알루미늄과 티타늄의 부피%가 20:80인 Al/Ti(20/80)층으로 구성되며,
    상기 지지층의 비커스 경도는 18.3 내지 21.8 HV이고, 상기 Al/Ti(80/20)층의 비커스 경도는 58.3 내지 61.3 HV이며, 상기 Al/Ti(50/50)층의 비커스 경도는 317.9 내지 330.7 HV이고, Al/Ti(20/80)층의 비커스 경도는 358.2 내지 370.2 HV이며, 상기 표면층의 비커스 경도는 149.2 내지 160.3 HV이고, 상기 알루미늄-티타늄 이종 경사기능복합재료 전체의 비커스 경도는 311.5 내지 323.9 HV이며,
    상기 알루미늄 분말의 평균입경은 75 ㎛, 상기 타타늄 분말의 평균입경은 150 ㎛인 것을 특징으로 하는
    알루미늄-티타늄 이종 경사기능복합재료 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 알루미늄 분말은 망간(Mn), 실리콘(Si), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 주석(Sn) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 금속을 더 포함하는 알루미늄 합금 분말인 것인 알루미늄-티타늄 이종 경사기능복합재료 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 티타늄 분말은 바나듐(V), 몰리브덴(Mo), 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al), 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 실리콘(Si), 주석(Sn), 네오비듐(Nb) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 금속을 더 포함하는 티타늄 합금 분말인 것인 알루미늄-티타늄 이종 경사기능복합재료 제조방법.
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