KR102029689B1 - 고광택 및 다양한 색상의 아노다이징이 가능한 고강도 알루미늄 합금 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 외관 특성 및 강도 특성 모두가 중요시되는 부위에 사용되는 고광택 및 다양한 색상의 아노다이징이 가능한 고강도 알루미늄 합금에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명은 7000계 고강도 알루미늄합금의 전체 중량비에 대하여 Si : 0.2wt% 이하, Fe : 0.2 wt% 이하, Cu : 1 ~ 2.5wt% , Mn : 0.01 ~ 0.3wt%, Mg : 1.5 ~ 2.5wt%, Cr : 0.05 wt% 이하, Zn : 5 ~ 6.5 wt%, Ti : 0.006 % ~ 0.1 %, Zr : 0.006 % ~ 0.1 % 잔부가 Al 및 불가피한 불순물로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

고광택 및 다양한 색상의 아노다이징이 가능한 고강도 알루미늄 합금{.}

본 발명은 적어도 외관 특성 및 강도 특성 모두가 중요시되는 부위에 사용되는 고광택 및 다양한 색상의 아노다이징이 가능한 고강도 알루미늄 합금에 관한 것이다.

적어도 강도 특성 및 외관 특성이 중요시되는 스포츠 장비, 운송 장비, 기계 부품 기타 용도에 사용되는 재료로 알루미늄 합금을 채용하는 것이 많아지고 있다.

이러한 용도에는 내구성이 요구되기 때문에 인장 강도가 380MPa 이상으로 고강도 알루미늄 합금을 이용하는 것이 바람직하다.

강도 특성 및 외관 특성과의 쌍방이 중시되는 용도에 사용하는 알루미늄 합금으로, 예를 들어 특허 문헌 1에 기재된 알루미늄 합금 압출재가 제안되어있다.

기존 7000 계열 알루미늄 합금은 Zn 및 Mg을 첨가하여 '상 또는 T'상을 석출시킴으로써 우수한 강도 특성을 갖는다.

그러나, 기존의 7000 계열 알루미늄 합금은 '상 또는 T'상이 결정 입계에 존재함으로써 다른 알루미늄 합금에 비해 연성이 낮아지고, 예를 들면 소성 가공을 한 때 균열이 발생하기 쉬운 등의 문제가 있다.

또한, 알루미늄 합금은 용도에 따라 양극 산화 처리 등의 표면 처리를 한 후 표면을 높은 광택을 갖는 것을 요구되는 경우가 있다.

종래 높은 광택이 요구되는 용도에는 5000계 알루미늄 합금 등이 많이 이용되고 있지만, 최근에는 높은 광택을 유지하면서 더 강도를 향상시키는 것이 요구되고있다.

그러나, 기존의 7000 계열 알루미늄 합금은 양극 산화 처리 후 표면의 광택을 높게 하는 것이 어려운 문제가 있고, 높은 광택이 요구되는 용도에는 적합하지 않다.

일본 공개특허공보 특개 2007-119904호

따라서, 본 발명은 압출시 미세화 및 재결정 억제원소의 첨가는 최소한으로 하고, 주요원소의 첨가 및 압출조건, 열처리 조건만으로 인장강도 500MPa 이상을 확보할 수 있으며, 나아가 압출결이 없는 고광택 및 다양한 색상의 아노다이징이 가능한 고강도 알루미늄 합금을 제공한다.

전술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명은, 7000계 고강도 알루미늄합금의 전체 중량비에 대하여 Si : 0.2wt% 이하, Fe : 0.2 wt% 이하, Cu : 1 ~ 2.5wt% , Mn : 0.01 ~ 0.3wt%, Mg : 1.5 ~ 2.5wt%, Cr : 0.05 wt% 이하, Zn : 5 ~ 6.5 wt%, Ti : 0.006 % ~ 0.1 %, Zr : 0.006 % ~ 0.1 % 잔부가 Al 및 불가피한 불순물로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 압출시 빌렛을 380 ~ 430℃의 온도에서 가열하고, 압출시 램의 속도를 1 ~ 4.0mm/sec 의 속도로 압출하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 안정화된 조직의 석출 및 가공에 의한 경도 향상을 위한 열처리 조건은 상기 압출물의 온도를 100~150℃를 유지한 상태에서 20~30시간 또는 90~120℃를 유지한 상태에서 3~8시간 열처리한 후 연속으로 승온하여 150~180℃를 유지한 상태에서 5~15시간 동안 유지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 종래의 7000 계열 알루미늄 합금 이상의 강도 특성, 즉, 500MPa 이상의 항복 강도를 가지고 있으며, 경량화를 위한 슬림화에 대응할 수 있는 강도 특성을 확보하는 등의 강도 요구를 충족할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 특정 화학 성분을 통해 아노다이징 처리 후 결무늬의 발생을 억제할 수 있고 높은 광택을 갖는 표면을 제공할 수 있으며, 다양한 색상의 아노다이징을 실시할 수 있으므로 경질아노다이징으로 어두운 색상 구현만 가능했던 기존 7000계 알루미늄 합금과는 차별되는 뛰어난 외관 특성을 갖는다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시예를 구체적으로 설명한다.

우선 본 발명의 일 실시예에 따라 적용되는 알루미늄합금은 7000계 소재가 적용된다.

먼저, 본 발명에서 사용되고 있는 용어는 금속공학, 화학, 화공학 등에서 일반적으로 적용하는 의미로 해석된다.

본 발명은 강도 특성, 즉, 500MPa 이상의 항복 강도를 가지고 있으며, 경량화를 위한 슬림화에 대응할 수 있는 강도 특성을 확보하는 등의 강도 요구를 충족할 수 있도록 전체 중량비에 대하여 Si : 0.2wt% 이하, Fe : 0.2 wt% 이하, Cu : 1 ~ 2.5wt% , Mn : 0.01 ~ 0.3wt%, Mg : 1.5 ~ 2.5wt%, Cr : 0.05 wt% 이하, Zn : 5 ~ 6.5 wt%, Ti : 0.006 % ~ 0.1 %, Zr : 0.006 % ~ 0.1 % 잔부가 Al 및 불가피한 불순물로 이루어진 고강도 알루미늄합금이다.

상기와 같은 고강도 알루미늄합금의 각 원소의 함량 범위의 한정 이유에 대해 설명하면,

Si는 7000계 합금에서 불순물로 작용할 수 있으므로 최대범위를 0.2wt% 이하로 제한한다.

Fe은 Si와 마찬가지로 불순물로 작용할 수 있으므로 이 역시 0.2 wt% 이하로 제한한다.

Cu는 7000계 합금에서 고용강화 원소로 강도향상에 지대한 영향을 미치게 되며, 이는 시료석출물의 형성을 촉진함으로써 시료시간을 단축시키는 효과가 있다.

특히, 1.0wt% 미만인 경우 시효석출물의 형성을 촉진 및 강도증가의 효과가 충분하지 않고, 2.5wt% 초과시에는 내식성과 용접성, 도장성 등이 떨어지게 되며, 압출성 저해 및 부식을 유발할 수 있다.

또한, 아노다이징시 Zn이 산에 의해 에칭되는 속도를 지연시켜 줌으로써 도드라짐 방지 및 아노다이징 층의 박리현상을 줄여주는 역할을 수행한다.

Mn은 재결정 억제 및 미세화 원소로 투입되어 사용되고 있으며, 0.3wt% 이상 첨가시 압출결이 과도하게 생성되고 아노다이징시 색상이 탁하게 되는 문제점이 발생한다.

Mn은 변색방지원소로도 알려져 있으나, 0.01wt%, 미만 투입시 미세화 효과는 없게 된다.

또한, 아노다이징시 변색방지 효과는 미미하게 되고, 0.15~0.3wt% 범위 내에서 투입시 미세화 효과가 있으나, 0.3wt% 이상이면 재결정 억제효과로 인해 압출결이 과도하게 생성된다.

그리고, 0.1~0.3wt% 첨사기 아노다이징시 최종 색상이 밝게 변하며, 0.3wt%을 초과하면 오히려 색상이 어두워지는 효과가 있고, 기계적 특성을 저하시킬 수도 있다.

Mg, Zn은 MgZn2 화합물을 형성하게 되고, 강도향상에 가장 큰 영향을 미치는 원소로서 1:3의 비율로 투입되는 것이 가장 바람직한 투입비율이다.

그러나, 과도한 양을 투입하면 압출시 압출압력 상승 및 압출속도 저해로 양산성이 없으며, 적게 들어갈 경우 고용되어야 하는 Mg의 고용량이 줄어들어 강도 및 경도가 낮아지게 된다.

Cr은 주조 또는 열처리시 미세한 화합물로 석출되어 결정립 성장을 억제하는 효과를 가지며, Cr의 함량은 0.1wt% 이하로 관리하는 것이 바람직하다.

또한, Al-Cr계 금속간 화합물을 형성하고, 알루미늄 합금판 표면의 평활성을 떨어뜨리며, 아노다이징시 Cr 고유의 색상인 노랑색으로 변하게 하는 특성이 있다.

Ti는 주조시 분산상으로 핵생성 사이트의 역할을 함으로써 입자를 미세하게 하고, 입자 성장 및 재결정을 억제하는 역할을 수행한다.

Ti을 0.006wt% ~ 0.1wt% 사이로 적용하는 것이 바람직하고, 0.006wt% 미만인 경우에는 상술한 미세화 효과를 기대하기 어렵고, 0.1wt%를 초과하면 Al-Ti 계 금속간 화합물 결정이 발생하고, 알루미늄 합금판 표면의 성형성을 떨어뜨리며, 아노다이징시 스크래치 등을 발생시키는 등의 표면 특성을 저하시키게 된다.

Zr은 Ti와 마찬가지로 결정립을 보다 미세화시키고 강도를 향상시키는 역할을 하며, 아노다이징시 변색방지 특성을 갖는 원소로서, 0.006 wt% ~ 0.1 wt% 를 적용하는 것이 바람직하고, 0.006wt% 미만인 경우에는 결정립을 미세화시키는 효과가 미미하며, 0.1wt%를 초과하면 압출결이 과도하게 형성되어 아노다이징시 압출결이 드러나 표면처리 특성이 저하된다. 또한 미용해 Zr 결정에 의해 고광택 아노다이징 시 스크래치 발생을 유발할 수도 있다.

위와 같은 성분을 갖는 알루미늄 합금은 500MPa의 강도를 갖도록 하기 위하여 본 발명은 압출시 빌렛을 380 ~ 430℃의 온도에서 가열한다.

또한, 압출시 램의 속도를 1 ~ 4mm/sec 의 속도로 압출하고, 압출 후 최종온도는 450 ~ 520℃가 된다.

또한, 본 발명은 안정화된 조직의 석출 및 가공에 의한 경도 향상을 위한 열처리 조건은 상기 압출물의 온도를 100~150℃를 유지한 상태에서 20~30시간 또는 90~120℃를 유지한 상태에서 3~8시간 열처리한 후 연속으로 승온하여 150~180℃를 유지한 상태에서 5~15시간 동안 유지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 그 정신 또는 주요한 특징으로부터 일탈하는 일없이, 다른 여러 가지 형태로 실시할 수 있다. 그 때문에, 전술한 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며, 한정적으로 해석해서는 안된다. 본 발명의 범위는 특허청구의 범위에 의해서 나타내는 것으로써, 명세서 본문에 의해서는 아무런 구속도 되지 않는다. 다시, 특허청구범위의 균등 범위에 속하는 변형이나 변경은, 모두 본 발명의 범위 내의 것이다.

Claims (2)

1. 7000계 고강도 알루미늄합금의 전체 중량비에 대하여 Si : 0.2wt% 이하, Fe : 0.2 wt% 이하, Cu : 1 ~ 2.5wt% , Mn : 0.01 ~ 0.3wt%, Mg : 1.5 ~ 2.5wt%, Cr : 0.05 wt% 이하, Zn : 5 ~ 6.5 wt%, Ti : 0.006 % ~ 0.1 %, Zr : 0.006 % ~ 0.1 % 잔부가 Al 및 불가피한 불순물로 이루어진 고광택 및 다양한 색상의 아노다이징이 가능한 고강도 알루미늄 합금에 있어서,
   상기 조성물을 갖는 합금을 압출하는 경우 빌렛을 380 ~ 430℃의 온도에서 가열하고, 압출시 램의 속도를 1 ~ 4mm/sec의 속도로 압출하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고광택 및 다양한 색상의 아노다이징이 가능한 고강도 알루미늄 합금.
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