KR102257374B1 - Aluminum composite material for brake disk having improved hardness and wear resistance, and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an aluminum composite material for a brake disk having improved hardness and wear resistance and a manufacturing method thereof and, more specifically to an aluminum composite material for a brake disk having improved hardness and wear resistance and a manufacturing method thereof, the aluminum composite material manufactured by mixing a powder-type aluminum alloy with a powder-type first reinforcing material made of SiC and a powder-type second reinforcing material made of SiC and having a larger particle size than the first reinforcing material.

Description

경도와 내마모성이 향상된 브레이크 디스크용 알루미늄 복합재료 및 이의 제조방법{ALUMINUM COMPOSITE MATERIAL FOR BRAKE DISK HAVING IMPROVED HARDNESS AND WEAR RESISTANCE, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}Aluminum composite material for brake disc with improved hardness and wear resistance and manufacturing method thereof

본 발명은 경도와 내마모성이 향상된 브레이크 디스크용 알루미늄 복합재료 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 분말 형태의 알루미늄 합금에, SiC로 이루어진 분말 형태의 제1 강화재와, SiC로 이루어지고 제 1강화재보다 입자의 크기가 큰 분말 형태의 제2 강화재를 혼합하여 제조한 경도와 내마모성이 향상된 브레이크 디스크용 알루미늄 복합재료 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an aluminum composite material for brake discs having improved hardness and wear resistance and a method for manufacturing the same, and more particularly, to an aluminum alloy in powder form, a first reinforcing material in powder form made of SiC, and a first reinforcing material made of SiC and first The present invention relates to an aluminum composite material for brake discs having improved hardness and abrasion resistance, manufactured by mixing a second reinforcing material in the form of a powder having a larger particle size than the reinforcing material, and a method for manufacturing the same.

현재, 자동차의 부품 중 하나인 브레이크 디스크의 소재로는 우수한 강도, 우수한 내마모성, 저렴한 가격 등의 장점을 가지고 있는 주철이 주로 사용되고 있다.Currently, as a material for a brake disc, which is one of the parts of automobiles, cast iron, which has advantages such as excellent strength, excellent wear resistance, and low price, is mainly used.

그러나 주철은 다른 금속에 비해 상대적으로 무거운 특성으로 인하여 자동차의 무게를 증가시켜 자동차의 연비 효율을 떨어뜨리고 가속 성능을 저하시키며 이산화탄소 배출량을 증가시키는 등의 다양한 문제점을 가지고 있다.However, cast iron has various problems such as increasing the weight of the vehicle due to its relatively heavy characteristics compared to other metals, thereby decreasing the fuel efficiency of the vehicle, lowering the acceleration performance, and increasing the carbon dioxide emission.

이에 따라, 최근에는 환경오염을 줄이고 에너지를 절약하기 위하여 브레이크 디스크의 경량화에 대한 관심이 증가하고 있다.Accordingly, in recent years, interest in reducing the weight of the brake disc in order to reduce environmental pollution and save energy is increasing.

특히, 브레이크 디스크용 소재의 경량화를 위해 주철에서 알루미늄 합금으로 대체하려는 시도가 활발하게 이루어지고 있다.In particular, attempts are being made to replace cast iron with aluminum alloy in order to reduce the weight of the material for the brake disc.

그러나 알루미늄 합금은 주철에 비해 가벼우나 낮은 기계적 특성 및 낮은 내마모 특성을 나타내어 브레이크 디스크에 적용되기 어려운 문제가 있어, 이를 개선하는 것이 필요하다.However, aluminum alloy has a problem in that it is difficult to apply to a brake disc because it is lighter than cast iron but exhibits low mechanical properties and low wear resistance, and it is necessary to improve it.

대한민국 등록특허공보 제10-1901318호, 2018.09.17.자 등록Registered Republic of Korea Patent Publication No. 10-1901318, 2018.09.17.

본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 경도와 내마모성이 향상된 알루미늄 복합재료를 제공할 수 있는 경도와 내마모성이 향상된 알루미늄 복합재료 및 이의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide an aluminum composite material with improved hardness and wear resistance capable of providing an aluminum composite material with improved hardness and wear resistance, and a method for manufacturing the same.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Objects of the present invention are not limited to the objects mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood from the description below.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 경도와 내마모성이 향상된 브레이크 디스크용 알루미늄 복합재료는 규소 14 내지 16 중량부, 구리 2.4 내지 2.8 중량부, 마그네슘 0.5 내지 0.8 중량부, 알루미늄 80 내지 83 중량부로 이루어진 알루미늄 합금 100 중량부와, SiC로 이루어진 제1 강화재 3 내지 4 중량부와, SiC로 이루어지고 상기 제1 강화재보다 입자의 크기가 상대적으로 큰 제2 강화재 2 내지 3 중량부를 포함한다.The aluminum composite material for a brake disc with improved hardness and wear resistance according to the present invention for achieving the above object is 14 to 16 parts by weight of silicon, 2.4 to 2.8 parts by weight of copper, 0.5 to 0.8 parts by weight of magnesium, and 80 to 83 parts by weight of aluminum. 100 parts by weight of an aluminum alloy, 3 to 4 parts by weight of a first reinforcing material made of SiC, and 2 to 3 parts by weight of a second reinforcing material made of SiC and having a particle size relatively larger than that of the first reinforcing material.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 경도와 내마모성이 향상된 브레이크 디스크용 알루미늄 복합재료 제조방법은 규소 14 내지 16 중량부와 구리 2.4 내지 2.8 중량부와 마그네슘 0.5 내지 0.8 중량부 및 알루미늄 80 내지 83 중량부로 이루어진 분말 형태의 알루미늄 합금에, SiC로 이루어진 분말 형태의 제1 강화재와, SiC로 이루어지고 상기 제1 강화재보다 입자의 크기가 상대적으로 큰 분말 형태의 제2 강화재를 혼합하여 혼합 분말을 조성하는 단계; 조성된 상기 혼합 분말을 성형틀에 투입하고, 기설정된 진공분위기 및 일축 압력 조건에서 상온부터 기설정된 제1 온도까지 승온시킨 후 상기 제1 온도에서 기설정된 시간 동안 소결하여 소결체를 형성하는 단계; 상기 소결체를 냉각시키는 단계; 냉각된 상기 소결체를 가열하여 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도에서 기설정된 시간동안 유지한 후 급냉하여 용체화 처리하는 단계; 및 용체화 처리된 상기 소결체를 가열하여 상기 제2 온도보다 낮은 제3 온도에서 기설정된 시간동안 유지한 후 공냉하여 시효 처리하는 단계;를 포함한다.According to the present invention for achieving the above object, there is provided a method for manufacturing an aluminum composite material for brake disc with improved hardness and wear resistance, 14 to 16 parts by weight of silicon, 2.4 to 2.8 parts by weight of copper, 0.5 to 0.8 parts by weight of magnesium, and 80 to 83 parts by weight of aluminum. To compose a mixed powder by mixing a powder-type aluminum alloy made of negative with a powder-type first reinforcing material made of SiC and a powder-type reinforcing material made of SiC and having a particle size relatively larger than that of the first reinforcing material step; Forming a sintered body by putting the mixed powder composition into a mold, raising the temperature from room temperature to a first preset temperature in a preset vacuum atmosphere and uniaxial pressure condition, and then sintering at the first temperature for a preset time; cooling the sintered body; heating the cooled sintered body and maintaining it at a second temperature lower than the first temperature for a preset time, followed by quenching to solution heat treatment; and heating the solution-treated sintered body, maintaining it at a third temperature lower than the second temperature for a preset time, and then performing an aging treatment by air cooling.

상기한 구성에 의한 본 발명의 실시예에 따르면, 알루미늄 합금에 SiC로 이루어진 분말 형태의 제1 강화재와 SiC로 이루어지고 제 1강화재보다 입자의 크기가 상대적으로 큰 분말 형태의 제2 강화재를 혼합하여 제조된 알루미늄 복합재료는 알루미늄 합금에 단일 입자 크기로 이루어진 분말 형태의 SiC 강화재를 혼합하여 제조된 알루미늄 복합재료보다 높은 경도와 높은 내마모성을 가질 수 있다.According to the embodiment of the present invention according to the above-described configuration, the aluminum alloy is mixed with a powder-type first reinforcing material made of SiC and a powder-type second reinforcing material made of SiC and having a relatively larger particle size than the first reinforcing material. The manufactured aluminum composite material may have higher hardness and higher wear resistance than the aluminum composite material manufactured by mixing an aluminum alloy with a powder-type SiC reinforcement having a single particle size.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 경도와 내마모성이 향상된 브레이크 디스크용 알루미늄 복합재료 제조방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예와 비교예 1 내지 3에 따른 시편의 경도값을 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예와 비교예 1 내지 3에 따른 시편의 비마모율값을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 시편의 마모 트랙을 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope)으로 관찰한 이미지이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 시편에서 마모되어 떨어져 나온 파편을 주사전자현미경으로 관찰한 이미지이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 시편에서 마모되어 떨어져 나온 파편을 EDS(Energy Dispersive X-Ray Spectrometer)로 관찰한 이미지이다.
도 7은 비교예 1에 따른 시편의 마모 트랙을 주사전자현미경으로 관찰한 이미지이다.
도 8는 비교예 1에 따른 시편에서 마모되어 떨어져 나온 파편을 주사전자현미경으로 관찰한 이미지이다.
도 9는 비교예 1에 따른 시편에서 마모되어 떨어져 나온 파편을 EDS로 관찰한 이미지이다.
도 10은 비교예 2에 따른 시편의 마모 트랙을 주사전자현미경으로 관찰한 이미지이다.
도 11은 비교예 2에 따른 시편에서 마모되어 떨어져 나온 파편을 주사전자현미경으로 관찰한 이미지이다.
도 12는 비교예 2에 따른 시편에서 마모되어 떨어져 나온 파편을 EDS로 관찰한 이미지이다.
도 13은 비교예 3에 따른 시편의 마모 트랙을 주사전자현미경으로 관찰한 이미지이다.
도 14는 비교예 3에 따른 시편에서 마모되어 떨어져 나온 파편을 주사전자현미경으로 관찰한 이미지이다.
도 15는 비교예 3에 따른 시편에서 마모되어 떨어져 나온 파편을 EDS로 관찰한 이미지이다.
도 16은 본 발명의 실시예 및 비교예들에 따른 시편의 마모시간별 마찰계수값을 나타내는 그래프이다.
1 is a flowchart of a method for manufacturing an aluminum composite material for a brake disc having improved hardness and wear resistance according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing hardness values of specimens according to Examples and Comparative Examples 1 to 3 of the present invention.
3 is a graph showing specific wear rate values of specimens according to Examples and Comparative Examples 1 to 3 of the present invention.
4 is an image of the wear track of the specimen according to the embodiment of the present invention observed with a scanning electron microscope (Scanning Electron Microscope).
5 is an image of a fragment that is worn off from a specimen according to an embodiment of the present invention observed with a scanning electron microscope.
6 is an image of observing fragments worn away from a specimen according to an embodiment of the present invention with an Energy Dispersive X-Ray Spectrometer (EDS).
7 is an image obtained by observing a wear track of a specimen according to Comparative Example 1 with a scanning electron microscope.
8 is an image obtained by observing the fragments worn off from the specimen according to Comparative Example 1 with a scanning electron microscope.
FIG. 9 is an image observed by EDS of fragments worn away from the specimen according to Comparative Example 1. FIG.
10 is an image of a wear track of a specimen according to Comparative Example 2 observed with a scanning electron microscope.
11 is an image obtained by observing the fragments worn off from the specimen according to Comparative Example 2 with a scanning electron microscope.
FIG. 12 is an image observed by EDS of fragments worn away from the specimen according to Comparative Example 2. FIG.
13 is an image of a wear track of a specimen according to Comparative Example 3 observed with a scanning electron microscope.
14 is an image obtained by observing fragments worn off from a specimen according to Comparative Example 3 with a scanning electron microscope.
15 is an image observed by EDS of fragments worn away from the specimen according to Comparative Example 3;
16 is a graph showing friction coefficient values for each wear time of specimens according to Examples and Comparative Examples of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.Advantages and features of the present invention, and a method of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms different from each other, and only these embodiments make the disclosure of the present invention complete, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the person of the scope of the invention. On the other hand, the terms used in the present specification are for describing the embodiments, and are not intended to limit the present invention. In this specification, the singular form also includes the plural form unless specifically stated in the phrase.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1을 참조하면, 본 발명의 경도와 내마모성이 향상된 브레이크 디스크용 알루미늄 복합재료 제조방법은 혼합 분말 조성 단계(S100), 혼합 분말 믹싱 단계(S200), 소결체 형성 단계(S300), 소결체 냉각 단계(S400), 용체화 처리 단계(S500), 시효 처리 단계(S600)를 포함할 수 있다.1, the method for manufacturing an aluminum composite material for brake disc with improved hardness and wear resistance of the present invention comprises a mixed powder composition step (S100), a mixed powder mixing step (S200), a sintered body forming step (S300), a sintered body cooling step ( S400), a solution heat treatment step (S500), may include an aging treatment step (S600).

먼저, 혼합 분말 조성 단계(S100)는 알루미늄 합금에 SiC로 이루어진 제1 강화재와 SiC로 이루어지고 제1 강화재보다 입자의 크기가 상대적으로 큰 제2 강화재를 혼합하여 혼합 분말을 조성하는 것일 수 있다.First, the mixed powder composition step (S100) may be to form a mixed powder by mixing a first reinforcing material made of SiC in an aluminum alloy and a second reinforcing material made of SiC and having a particle size relatively larger than that of the first reinforcing material.

혼합 분말은 알루미늄 합금 100 중량부와 제1 강화재 3 내지 4 중량부 및 제2 강화재 2 내지 3 중량부로 이루어질 수 있다.The mixed powder may consist of 100 parts by weight of the aluminum alloy, 3 to 4 parts by weight of the first reinforcing material, and 2 to 3 parts by weight of the second reinforcing material.

알루미늄 합금은 규소 14 내지 16 중량부와 구리 2.4 내지 2.8 중량부와 마그네슘 0.5 내지 0.8 중량부 및 알루미늄 80 내지 83 중량부로 이루어질 수 있다.The aluminum alloy may include 14 to 16 parts by weight of silicon, 2.4 to 2.8 parts by weight of copper, 0.5 to 0.8 parts by weight of magnesium, and 80 to 83 parts by weight of aluminum.

제1 강화재는 입자 크기가 35㎛ 내지 42㎛인 SiC로 이루어질 수 있다.The first reinforcing material may be made of SiC having a particle size of 35 μm to 42 μm.

제2 강화재는 SiC로 이루어지고 입자의 크기가 63㎛ 내지 75㎛일 수 있다.The second reinforcing material may be made of SiC and have a particle size of 63 μm to 75 μm.

여기서, 서로 입자 크기가 다른 제1 강화재와 제2 강화재를 혼합하는 것은 단일 크기의 입자를 사용한 것에 비하여 보다 높은 충진밀도(Packing of Density)를 갖게 하기 위함이다.Here, the mixing of the first reinforcing material and the second reinforcing material having different particle sizes is to have a higher packing density than that of using particles of a single size.

즉, 제1 강화재와 제2 강화재를 혼합하면, 제2 강화재 사이의 빈공간에 제1 강화재가 채워지면서 혼합 분말의 충진밀도가 높아짐으로써 이후에 수행되는 소결체 형성 단계(S300)에서 단일 입자의 크기를 사용한 것보다 소결밀도가 높아져 경도와 내마모성이 향상되는 효과를 달성할 수 있다.That is, when the first reinforcing material and the second reinforcing material are mixed, the filling density of the mixed powder increases while the first reinforcing material is filled in the empty space between the second reinforcing materials, so that in the sintered body forming step (S300) performed later, the size of single particles It is possible to achieve the effect of improving hardness and wear resistance by increasing the sintering density than using

다음으로, 혼합 분말 믹싱 단계(S200)는 알루미늄 합금과 제1 강화재 및 제2 강화재가 혼합된 분말이 고르게 섞이도록 믹싱 처리하는 것일 수 있다.Next, the mixing powder mixing step ( S200 ) may be a mixing process such that the powder in which the aluminum alloy and the first reinforcement material and the second reinforcement material are mixed are evenly mixed.

즉, 혼합 분말 믹싱 단계(S200)는 혼합 분말이 고르게 섞이도록 혼합 분말을 3D 혼합기에 구비된 용기에 투입하여 일정한 속도로 일정시간동안 믹싱 처리하는 것일 수 있다.That is, the mixed powder mixing step ( S200 ) may be to put the mixed powder into a container provided in the 3D mixer so that the mixed powder is evenly mixed, and then perform the mixing process at a constant speed for a predetermined time.

이때, 3D 혼합기에 따른 믹싱 속도는 45RPM일 수 있다. 그리고 믹싱은 24시간동안 진행될 수 있다.In this case, the mixing speed according to the 3D mixer may be 45 RPM. And mixing can be done for 24 hours.

다음으로, 소결체 형성 단계(S300)는 혼합 분말을 성형틀에 투입하여 소결 처리하는 것일 수 있다.Next, the sintered compact forming step (S300) may be a sintering treatment by putting the mixed powder into a mold.

즉, 소결체 형성 단계(S300)는 핫프레스가 구비된 진공챔버의 내부에 혼합 분말이 투입된 성형틀을 투입하고, 투입된 성형틀을 핫프레스로 일축 가압하면서 승온시켜 일정시간동안 소결처리하는 것일 수 있다.That is, the sintered body forming step (S300) is to put a mold in which the mixed powder is put into the inside of a vacuum chamber equipped with a hot press, and raise the temperature while uniaxially pressing the input mold with a hot press to sinter for a certain period of time. .

이때, 진공챔버의 내부는

Figure 112020013188636-pat00001
의 진공분위기로 조성될 수 있다. 그리고 핫프레스에 따른 일축 압력은 60MPa 내지 80MPa일 수 있다.At this time, the inside of the vacuum chamber is
Figure 112020013188636-pat00001
It can be created in a vacuum atmosphere of And the uniaxial pressure according to the hot press may be 60 MPa to 80 MPa.

또한, 소결처리는 핫프레스를 상온에서 550℃ 내지 600℃까지 5℃/min 내지 15℃/min의 속도로 승온시킨 후 30분 내지 90분 동안 수행되는 것일 수 있다.In addition, the sintering treatment may be performed for 30 minutes to 90 minutes after the hot press is heated from room temperature to 550° C. to 600° C. at a rate of 5° C./min to 15° C./min.

그러면 혼합 분말을 이루는 알루미늄 합금과 제1 강화재 및 제2 강화재는 성형틀의 내부형상과 대응되는 형태를 가진 소결체가 될 수 있다.Then, the aluminum alloy constituting the mixed powder, the first reinforcement, and the second reinforcement may be a sintered body having a shape corresponding to the inner shape of the molding die.

한편,

Figure 112020013188636-pat00002
의 진공분위기, 60MPa 내지 80Mpa의 일축 압력, 5℃/min 내지 15℃/min의 승온 속도, 550℃ 내지 600℃에서 30분 내지 90분 동안 소결하는 조건을 벗어나게 되면 소결체에 다수의 기공이 발생하는 등 소결이 제대로 이루어지지 않으므로, 최종적으로 완성된 알루미늄 복합재료의 기계적 특성을 저하시킬 수 있다. Meanwhile,
Figure 112020013188636-pat00002
of vacuum atmosphere, uniaxial pressure of 60 MPa to 80 Mpa, temperature increase rate of 5 ° C / min to 15 ° C / min, 550 ° C to 600 ° C. Since sintering is not performed properly, the mechanical properties of the finally finished aluminum composite material may be deteriorated.

다음으로, 소결체 냉각 단계(S400)는 550℃ 내지 600℃에서 소결된 소결체를 서서히 냉각하는 것일 수 있다.Next, the step of cooling the sintered body (S400) may be to slowly cool the sintered body sintered at 550 °C to 600 °C.

즉, 소결체 냉각 단계(S400)는 소결체를 550℃ 내지 600℃의 로에 투입하여 소결체가 상온에 이르도록 서서히 냉각시키는 것일 수 있다.That is, the step of cooling the sintered body ( S400 ) may be to slowly cool the sintered body to room temperature by putting the sintered body into a furnace at a temperature of 550° C. to 600° C.

다음으로, 용체화 처리 단계(S500)는 냉각된 소결체를 로에 투입하고, 로를 승온시켜 일정시간동안 유지한 후 급냉하는 것일 수 있다.Next, the solution heat treatment step (S500) may be to put the cooled sintered body into the furnace, and to rapidly cool the furnace after maintaining it for a certain period of time by raising the temperature.

이때, 로의 내부는 공기를 차단하여 공기와의 반응을 최소화할 수 있도록 아르곤 분위기로 조성될 수 있다. 그리고 로의 승온 속도는 5℃/min 내지 15℃/min일 수 있다. 로가 가열되어 소결체의 온도가 450℃ 내지 490℃에 도달하면 소결체의 온도를 30분 내지 90분 동안 유지한 후 급냉하는 것일 수 있다.At this time, the interior of the furnace may be created in an argon atmosphere to minimize the reaction with the air by blocking the air. And the temperature increase rate of the furnace may be 5 ℃ / min to 15 ℃ / min. When the furnace is heated and the temperature of the sintered body reaches 450° C. to 490° C., the temperature of the sintered body is maintained for 30 to 90 minutes and then rapidly cooled.

용체화 처리 단계(S500)는 소결체를 450℃ 내지 490℃로 가열하여 고용체 상태로 만들고 다시 급냉하여 고용체 상태가 상온까지 유지되도록 하여 소결체가 과포화 고용체가 되도록 하는 것일 수 있다.The solution heat treatment step (S500) may be to heat the sintered body to 450° C. to 490° C. to form a solid solution state, and then rapidly cool the sintered body to maintain the solid solution state up to room temperature so that the sintered body becomes a supersaturated solid solution.

다음으로, 시효 처리 단계(S600)는 용체화 처리 후 냉각된 소결체를 로에 투입하고, 로를 승온시켜 일정시간 유지한 후 공냉하는 것일 수 있다.Next, the aging treatment step ( S600 ) may be to put the cooled sintered compact after the solution treatment into the furnace, raise the temperature of the furnace to maintain it for a certain period of time, and then air-cool it.

이때, 로의 내부는 아르곤 분위기로 조성될 수 있다. 그리고 로의 승온 속도는 5℃/min 내지 15℃/min일 수 있다. 로가 가열되어 소결체의 온도가 115℃ 내지 135℃에 도달하면 소결체의 온도를 20시간 내지 28시간 동안 유지한 후 공냉하는 것일 수 있다.At this time, the interior of the furnace may be created in an argon atmosphere. And the temperature increase rate of the furnace may be 5 ℃ / min to 15 ℃ / min. When the furnace is heated and the temperature of the sintered body reaches 115° C. to 135° C., the temperature of the sintered body is maintained for 20 to 28 hours and then air-cooled.

한편, 용체화 처리된 소결체는 450℃ 내지 490℃에서 급냉하여 과포화 고용체가 되었기 때문에 상온에서 상태가 불안정할 수 있다. 여기서 상온의 소결체를 115℃ 내지 135℃로 가열하게 되면, 불안정한 상태의 과포화 고용체가 안정화되기 위해 소결체의 과포화 고용 상태에 있는 합금원소들에 의해 석출상이 형성될 수 있다.On the other hand, the solution-treated sintered compact may be unstable at room temperature because it is rapidly cooled at 450°C to 490°C to become a supersaturated solid solution. Here, when the sintered body at room temperature is heated to 115° C. to 135° C., a precipitated phase may be formed by alloying elements in a supersaturated solid solution state of the sintered body in order to stabilize the supersaturated solid solution in an unstable state.

즉, 용체화 처리 단계(S500)에서 소결체를 450℃ 내지 490℃로 가열하여 고용체 상태로 만들고 다시 급냉하여 고용체 상태를 상온까지 유지하도록 하여 과포화 고용체를 만든 후에, 시효 처리 단계(S600)에서 용체화 처리된 소결체를 115℃ 내지 135℃로 20시간 내지 28시간 동안 유지 후 공냉하여 소결체에 석출상이 형성되도록 함으로써, 소결체가 시효 경화되어 높은 경도와 높은 내마모성을 가질 수 있도록 한다.That is, in the solution heat treatment step (S500), the sintered body is heated to 450° C. to 490° C. to make it a solid solution state, and then quenched again to maintain the solid solution state to room temperature to make a supersaturated solid solution, and then, the aging treatment step (S600) By maintaining the treated sintered body at 115° C. to 135° C. for 20 to 28 hours and then air cooling to form a precipitated phase on the sintered body, the sintered body is age-hardened to have high hardness and high wear resistance.

이하 본 발명에 따른 알루미늄 복합재료 제조방법에 대한 실시예를 비교예와 비교하여 설명하기로 한다.Hereinafter, Examples of the method for manufacturing an aluminum composite material according to the present invention will be described in comparison with Comparative Examples.

[실시예][Example]

먼저, 알루미늄 합금 분말 94g과 38㎛의 입자 크기를 가진 SiC 분말인 제1 강화재 3.5g과 63㎛의 입자 크기를 가진 SiC 분말인 제2 강화재 2.5g을 혼합하여 100g의 혼합 분말을 조성하였다.First, 94 g of aluminum alloy powder and 3.5 g of a first reinforcing material, which is a SiC powder having a particle size of 38 μm, and 2.5 g of a second reinforcing material, which is a SiC powder having a particle size of 63 μm, were mixed to form a mixed powder of 100 g.

혼합 분말 100g을 3D 혼합기에 투입하여 45RPM의 속도로 24시간동안 믹싱하였다. 믹싱한 혼합 분말 100g 중 10g을 성형틀에 투입한 상태로 핫프레스가 구비된 진공챔버에 투입하였다.100 g of the mixed powder was put into a 3D mixer and mixed at a speed of 45 RPM for 24 hours. 10g out of 100g of the mixed powder was put into a vacuum chamber equipped with a hot press in a state of being put into a mold.

진공챔버의 내부는

Figure 112020013188636-pat00003
의 진공분위기로 조성하였고 성형틀에 투입된 합금 분말을 핫프레스로 70MPa로 일축 가압하면서 10℃/min의 속도로 580℃까지 승온시킨 후 580℃를 60분동안 유지하면서 소결 처리하여 소결체를 형성하였다.Inside the vacuum chamber
Figure 112020013188636-pat00003
A sintered body was formed by sintering the alloy powder put into the molding die at a rate of 10° C./min while uniaxially pressing at 70 MPa with a hot press to 580° C. and maintaining 580° C. for 60 minutes.

형성된 소결체의 온도가 상온에 이르도록 580℃의 로에 투입하여 서서히 냉각하였다.The formed sintered body was put into a furnace at 580° C. so that it reached room temperature, and then cooled slowly.

냉각된 소결체를 아르곤 분위기로 조성된 로에 투입하고, 로를 10℃/min의 속도로 470℃까지 승온시킨 후 로의 온도가 470℃가 되는 시점부터 60분 동안 470℃를 유지하였다. 그 후에 소결체가 빠르게 상온까지 냉각되도록 소결체를 수냉 처리하였다.The cooled sintered compact was put into a furnace composed of an argon atmosphere, the furnace was heated to 470°C at a rate of 10°C/min, and then 470°C was maintained for 60 minutes from the time the furnace temperature reached 470°C. Thereafter, the sintered compact was water-cooled so that the sintered compact was rapidly cooled to room temperature.

수냉된 소결체를 아르곤 분위기로 조성된 로에 투입하고, 로를 10℃/min의 속도로 125℃까지 승온시킨 후 로의 온도가 125℃가 되는 시점부터 24시간 동안 125℃를 유지하였다. 그 후에 소결체가 상온까지 냉각되도록 소결체를 공냉 처리하여 시편을 제조하였다.The water-cooled sintered compact was put into a furnace composed of an argon atmosphere, the furnace was heated to 125°C at a rate of 10°C/min, and then 125°C was maintained for 24 hours from the time the furnace temperature reached 125°C. After that, the sintered body was air-cooled so that it was cooled to room temperature to prepare a specimen.

[비교예 1][Comparative Example 1]

비교예 1은 혼합 분말을 알루미늄 합금 분말 100g만으로 조성하여 실시예와 동일한 공정으로 시편을 제조하였다.In Comparative Example 1, a specimen was prepared in the same manner as in Example by composing the mixed powder with only 100 g of aluminum alloy powder.

[비교예 2][Comparative Example 2]

비교예 2는 알루미늄 합금 94g과 63㎛의 입자 크기를 가진 SiC 분말인 제2 강화재 6g을 혼합하여 혼합 분말 100g을 조성하여 실시예와 동일한 공정으로 시편을 제조하였다.In Comparative Example 2, 100 g of a mixed powder was prepared by mixing 94 g of an aluminum alloy and 6 g of a second reinforcing material, which is a SiC powder having a particle size of 63 μm, to prepare a specimen by the same process as in Example.

[비교예 3][Comparative Example 3]

비교예 3은 알루미늄 합금 94g과 38㎛의 입자 크기를 가진 SiC 분말인 제1 강화재 6g을 혼합하여 혼합 분말 100g을 조성하여 실시예와 동일한 공정으로 시편을 제조하였다.In Comparative Example 3, 100 g of a mixed powder was prepared by mixing 94 g of an aluminum alloy and 6 g of a first reinforcing material, which is a SiC powder having a particle size of 38 μm, to prepare a specimen by the same process as in Example.

[시험예][Test Example]

1. 시편 전처리1. Specimen Pretreatment

실시예에 따라 제작된 시편과 비교예 1 내지 3에 따라 제작된 시편의 경도시험, 마모시험 및 각 시편의 조직을 관찰하기 위해 각 시편에 대한 전처리가 필요하였다.In order to observe the hardness test, abrasion test, and the structure of each specimen of the specimens manufactured according to Examples and Comparative Examples 1 to 3, pretreatment for each specimen was required.

즉, 시편의 미세조직 관찰시 시편의 표면이 평탄하지 않으면 초점 심도가 낮아 상이 제대로 잡히지 않게 된다. 그리고 시편의 표면이 평탄하지 않으면 마모된 시편의 정확한 특성측정이 어렵게 된다.That is, when the microstructure of the specimen is observed, if the surface of the specimen is not flat, the image cannot be properly captured due to the low depth of focus. And if the surface of the specimen is not flat, it is difficult to accurately measure the characteristics of the worn specimen.

따라서 시편의 표면을 평탄하게 하기 위하여 실시예에 따른 시편과 비교예 1 내지 3에 따른 시편을 각각 SiC 에머리 페이퍼(SiC emery paper)로 폴리싱 한 후 다이아몬드 분말로 미세 폴리싱하였다.Therefore, in order to flatten the surface of the specimen, the specimens according to Examples and Comparative Examples 1 to 3 were polished with SiC emery paper, respectively, and then finely polished with diamond powder.

여기서, 폴리싱은 SiC 에머리 페이퍼의 거칠기 정도에 따라 1200번, 1500번, 2000번, 2400번, 4000번 순서로 진행하였다.Here, the polishing was performed in the order of 1200 times, 1500 times, 2000 times, 2400 times, and 4000 times according to the roughness of the SiC emery paper.

SiC 에머리 페이퍼는 번호가 낮을수록 거칠다.SiC emery paper is coarser with lower numbers.

미세 폴리싱은 6㎛, 1㎛의 다이아몬드 분말 순서로 진행하였다.Fine polishing was performed in the order of 6 μm and 1 μm diamond powder.

실시예에 따른 시편 및 비교예 1 내지 3에 따른 시편을 각각 폴리싱 및 미세 폴리싱을 한 후 각 시편을 에칭 용액에 3초씩 4번 담가 에칭하였다.After polishing and fine polishing the specimens according to Examples and Comparative Examples 1 to 3, respectively, each specimen was immersed in the etching solution for 3 seconds 4 times and then etched.

여기서, 에칭 용액은 Distilled water 175ml, HNO3 20ml, HCl 3ml, HF 2ml로 이루어진 Modified Keller reagent이다.Here, the etching solution is a modified Keller reagent consisting of 175 ml of distilled water, 20 ml of HNO3, 3 ml of HCl, and 2 ml of HF.

2. 경도시험2. Hardness test

실시예에 따른 시편과 비교예 1 내지 3에 따른 시편의 경도를 측정하기 위해 비커스 경도계를 이용하여 동일한 조건 하에 압입 경도시험을 진행하였다. 여기서 경도시험에 적용한 하중은 4.9N로 설정하였다.In order to measure the hardness of the specimens according to Examples and the specimens according to Comparative Examples 1 to 3, an indentation hardness test was performed under the same conditions using a Vickers hardness tester. Here, the load applied to the hardness test was set to 4.9N.

실시예에 따른 시편의 압흔 대각선 길이는 0.14886mm이고, 비교예 1에 따른 시편의 압흔 대각선 길이는 0.20045mm이며, 비교예 2에 따른 시편의 압흔 대각선 길이는 0.18409mm이고, 비교예 3에 따른 시편의 압흔 대각선 길이는 0.19018mm인 것으로 확인되었다.The indentation diagonal length of the specimen according to Example is 0.14886 mm, the indentation diagonal length of the specimen according to Comparative Example 1 is 0.20045 mm, and the indentation diagonal length of the specimen according to Comparative Example 2 is 0.18409 mm, and the specimen according to Comparative Example 3 The diagonal length of the indentation was found to be 0.19018 mm.

실시예에 따른 시편 및 비교예 1 내지 3에 따른 시편의 경도값(HV)은 아래의 수학식 1에 따라 도출되었으며, 표 1에 각 시편에 따른 경도값(HV)을 나타내었다.The hardness values (HV) of the specimens according to Examples and Comparative Examples 1 to 3 were derived according to Equation 1 below, and Table 1 shows the hardness values (HV) of each specimen.

(수학식 1)(Equation 1)

Figure 112020013188636-pat00004
Figure 112020013188636-pat00004

여기서, 수학식 1의 F는 작용하중, S는 압흔의 표면적, d는 압흔의 대각선 길이,

Figure 112020013188636-pat00005
는 압자의 대면각을 나타낸다.Here, F in Equation 1 is the applied load, S is the surface area of the indentation, d is the diagonal length of the indentation,
Figure 112020013188636-pat00005
denotes the facing angle of the indenter.

구분division 경도값(HV)Hardness value (HV) 실시예Example 41.8241.82 비교예 1Comparative Example 1 23.0623.06 비교예 2Comparative Example 2 27.3427.34 비교예 3Comparative Example 3 25.6225.62

도 2는 실시예에 따른 시편과 비교예 1 내지 3에 따른 시편의 경도값을 나타낸 그래프로서, 가로축은 각 시편, 세로축은 경도값(HV)을 나타낸다.2 is a graph showing hardness values of specimens according to Examples and specimens according to Comparative Examples 1 to 3, wherein the horizontal axis indicates each specimen and the vertical axis indicates the hardness value (HV).

표 1 및 도 2를 참고하면, 실시예에 따른 시편의 경도값이 비교예 1 내지 3에 따른 시편의 경도값보다 높은 것을 확인할 수 있었다.Referring to Table 1 and FIG. 2 , it was confirmed that the hardness values of the specimens according to Examples were higher than the hardness values of the specimens according to Comparative Examples 1 to 3.

특히, 실시예에 따른 시편은 비교예 2 및 3에 따른 시편보다 높은 경도값을 가지는 것을 확인하였다.In particular, it was confirmed that the specimens according to Examples had higher hardness values than the specimens according to Comparative Examples 2 and 3.

즉, 알루미늄 합금에 단일 입자 크기의 강화재를 혼합하여 제조한 알루미늄 복합재료보다 크기가 서로 다른 입자 크기의 강화재를 혼합하여 제조한 알루미늄 복합재료의 경도가 더 높게 나타나는 것으로 판단된다.That is, it is determined that the hardness of the aluminum composite material manufactured by mixing reinforcing materials of different particle sizes is higher than that of the aluminum composite material manufactured by mixing the reinforcing material of a single particle size with an aluminum alloy.

3. 마모시험3. Wear test

실시예에 따른 시편과 비교예 1 내지 3에 따른 시편의 마모된 정도와 마모된 조직을 비교하기 위하여 각 시편을 Ball on disk 마모시험기에 넣고 동일한 조건 하에 마모시험을 진행하였다.In order to compare the degree of abrasion and the abraded structure of the specimens according to Examples and the specimens according to Comparative Examples 1 to 3, each specimen was placed in a Ball on disk abrasion tester and abrasion tests were performed under the same conditions.

마모시험은 마모거리 500m, 온도 25℃, 상대습도 60%, 마모 반경 11mm, 하중 50N, 선속도 1.25m/s, RPM 1000, 상대재 SUJ2의 조건으로 400초동안 진행하였다.The wear test was conducted for 400 seconds under the conditions of a wear distance of 500m, a temperature of 25℃, a relative humidity of 60%, a wear radius of 11mm, a load of 50N, a linear speed of 1.25m/s, an RPM 1000, and the counterpart SUJ2.

또한, 실시예에 따른 시편과 비교예 1 내지 3에 따른 시편의 밀도는 아래의 표 2와 같다.In addition, the densities of the specimens according to Examples and the specimens according to Comparative Examples 1 to 3 are shown in Table 2 below.

구분division 이론 밀도
(

Figure 112020013188636-pat00006
)Theoretical Density
(
Figure 112020013188636-pat00006
) 실제 밀도
(
Figure 112020013188636-pat00007
)
actual density
(
Figure 112020013188636-pat00007
)
상대 밀도
(%)
relative density
(%)
실시예Example 2.7022.702 2.68462.6846 99.3699.36 비교예 1Comparative Example 1 2.6752.675 2.6622.662 99.5199.51 비교예 2Comparative Example 2 2.7022.702 2.6812.681 99.2299.22 비교예 3Comparative Example 3 2.7022.702 2.68262.6826 99.2899.28

(1) 각 시편의 마모량 및 비마모율 비교(1) Comparison of wear and specific wear rates of each specimen

표 3에는 실시예에 따른 시편과 비교예 1 내지 3에 따른 시편의 마모량과 비마모율을 나타내었다. 또한, 도 3에는 각 시편에 따른 비마모율을 도식화하여 그래프로 나타내었으며, 도 3의 가로축은 각 시편, 세로축은 비마모율을 나타낸다.Table 3 shows the amount of wear and the specific wear rate of the specimens according to Examples and Comparative Examples 1 to 3. In addition, FIG. 3 schematically shows the specific wear rate according to each specimen as a graph, and the horizontal axis of FIG. 3 indicates each specimen and the vertical axis indicates the specific wear rate.

구분division 마모량
(g)
wear
(g)
비마모율
(

Figure 112020013188636-pat00008
)specific wear rate
(
Figure 112020013188636-pat00008
) 실시예Example 0.00230.0023 0.00003440.0000344 비교예 1Comparative Example 1 0.01880.0188 0.0002840.000284 비교예 2Comparative Example 2 0.00320.0032 0.00004790.0000479 비교예 3Comparative Example 3 0.00620.0062 0.00009280.0000928

표 3을 참조하면, 실시예에 따른 시편과 비교예 1 내지 3에 따른 시편의 마모량은 마모시험 전의 질량과 마모시험 후의 질량 차이를 나타낸 것이며, 비마모율(W')은 마모시험 조건에 따라 아래의 수학식 2에 의해 도출하였다.Referring to Table 3, the amount of wear of the specimens according to Examples and the specimens according to Comparative Examples 1 to 3 shows the difference between the mass before the wear test and the mass after the wear test, and the specific wear rate (W ') is below according to the wear test conditions. It was derived by Equation 2 of

(수학식 2)(Equation 2)

Figure 112020013188636-pat00009
Figure 112020013188636-pat00009

여기서, 수학식 2의

Figure 112020013188636-pat00010
은 마모 손실 질량,
Figure 112020013188636-pat00011
는 마모 시간, p는 소재의 밀도, v는 마모 속도,
Figure 112020013188636-pat00012
은 작용하중을 나타낸다.Here, in Equation 2
Figure 112020013188636-pat00010
silver wear loss mass,
Figure 112020013188636-pat00011
is the wear time, p is the density of the material, v is the wear rate,
Figure 112020013188636-pat00012
represents the applied load.

표 3을 참조하면, 실시예에 따른 시편의 마모량이 가장 적은 것으로 나타났으며, 비교예 1에 따른 시편의 마모량이 가장 많은 것으로 나타났다. Referring to Table 3, it was found that the wear amount of the specimen according to Example was the smallest, and the amount of wear of the specimen according to Comparative Example 1 was the largest.

그리고 비교예 2에 따른 시편의 마모량과 비교에 3에 따른 시편의 마모량을 비교해 보면, 비교예 3보다 입자의 크기가 큰 강화재가 포함된 비교예 2에 따른 시편의 마모량이 더 적은 것으로 나타났다.And when the abrasion amount of the specimen according to Comparative Example 2 was compared with that of the specimen according to Comparative Example 3, it was found that the wear amount of the specimen according to Comparative Example 2 including a reinforcing material having a large particle size was less than that of Comparative Example 3.

또한, 표 3 및 도 3를 참조하면, 수학식 2에 따른 비마모율은 실시예에 따른 시편에서 가장 낮은 값이 도출되었으며, 강화재가 포함되지 않은 비교예 1에 따른 시편에서 가장 높은 값이 도출되었다.In addition, referring to Table 3 and FIG. 3, the specific wear rate according to Equation 2 was derived from the lowest value in the specimen according to Example, and the highest value was derived in the specimen according to Comparative Example 1 in which the reinforcement was not included. .

그리고 비교예 2에 따른 시편의 비마모율과 비교예 3에 따른 시편의 비마모율을 비교해 보면, 비교예 3보다 입자의 크기가 큰 강화재가 포함된 비교예 2에 따른 시편의 비마모율이 더 낮은 것으로 나타났다.And comparing the specific wear rate of the specimen according to Comparative Example 2 and the specific wear rate of the specimen according to Comparative Example 3, the specific wear rate of the specimen according to Comparative Example 2 containing a reinforcement material having a larger particle size than that of Comparative Example 3 was lower. appear.

즉, 38㎛의 입자 크기를 가지는 제1 강화재와 63㎛의 입자 크기를 가지는 제2 강화재가 모두 포함된 실시예에 따른 시편에서 가장 낮은 마모량과 비마모율을 나타낸 것을 통해 제2 강화재가 단독으로 포함된 비교예 2에 따른 시편 및 제1 강화재가 단독으로 포함된 비교예 3에 따른 시편보다 실시예에 따른 시편에서 마모가 덜 발생하는 것을 확인할 수 있었다. That is, the second reinforcing material is included alone by showing the lowest wear amount and specific wear rate in the specimen according to the embodiment in which both the first reinforcing material having a particle size of 38 μm and the second reinforcing material having a particle size of 63 μm were included. It was confirmed that less wear occurred in the specimen according to Example 2 than the specimen according to Comparative Example 2 and the specimen according to Comparative Example 3 in which the first reinforcement was included alone.

(2) 마모 트랙 및 마모 파편 비교(2) Comparison of wear tracks and wear debris

실시예에 따른 시편에서 마모가 가장 덜 발생하는 이유를 확인하기 위해 각 시편의 마모 트랙 및 시편에서 마모되어 떨어져 나온 파편을 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope)으로 관찰하였다.In order to confirm the reason why the least abrasion occurs in the specimen according to the embodiment, the wear track of each specimen and the fragments worn off from the specimen were observed with a scanning electron microscope.

또한, 시편에서 마모되어 떨어져 나온 파편을 EDS(Energy Dispersive X-Ray Spectrometer)로 분석하여 파편에 포함된 탄소의 분포량을 관찰하였다.In addition, the fragments worn away from the specimens were analyzed by EDS (Energy Dispersive X-Ray Spectrometer) to observe the amount of carbon contained in the fragments.

도 4 내지 도 15를 참조하면, 실시예에 따른 시편과 비교예 1 내지 3에 따른 시편의 마모 트랙, 파편의 조직, 파편에 포함된 탄소의 분포를 확인할 수 있다.4 to 15 , the wear track, the structure of the fragment, and the distribution of carbon included in the fragment of the specimen according to the embodiment and the specimen according to Comparative Examples 1 to 3 can be confirmed.

먼저, 도 4는 실시예에 따른 시편의 마모 트랙으로, 주로 응착마모보다는 연삭마모가 많이 발생된 것으로 확인되었다. 여기서, 도 4의 41은 응착마모가 발생한 것을 나타내고, 42는 연삭마모가 발생한 것을 나타낸다.First, FIG. 4 is a wear track of a specimen according to an embodiment, and it was confirmed that abrasive wear was mainly generated rather than adhesive wear. Here, 41 in FIG. 4 indicates that adhesive wear has occurred, and 42 indicates that abrasive wear has occurred.

도 7은 비교예 1에 따른 시편의 마모 트랙으로, 주로 연삭마모보다는 응착마모가 많이 발생된 것으로 확인되었다. 여기서, 도 7의 71은 응착마모가 발생한 것을 나타내고, 72는 연삭마모가 발생한 것을 나타낸다.7 is a wear track of a specimen according to Comparative Example 1, and it was confirmed that mainly adhesive wear rather than abrasive wear occurred. Here, 71 in FIG. 7 indicates that adhesive wear has occurred, and 72 indicates that abrasive wear has occurred.

도 10은 비교예 2에 따른 시편의 마모 트랙으로, 전체적으로 연삭마모의 형태를 보이고 있으나, 부분적으로 응착마모가 발생한 것으로 확인되었다. 여기서, 도 10의 101은 응착마모가 발생한 것을 나타내고, 102는 연삭마모가 발생한 것을 나타낸다.FIG. 10 is a wear track of a specimen according to Comparative Example 2, showing a form of abrasive wear as a whole, but it was confirmed that adhesive wear occurred partially. Here, 101 in FIG. 10 indicates that adhesive wear has occurred, and 102 indicates that abrasive wear has occurred.

도 13은 비교예 3에 따른 시편의 마모 트랙으로, 부분적으로 연삭마모의 형태가 나타나고 있긴 하지만 비교예 2보다는 큰 규모의 응착마모가 발생한 것으로 확인되었다. 여기서, 도 13의 131은 응착마모가 발생한 것을 나타내고, 132는 연삭마모가 발생한 것을 나타낸다.13 is a wear track of a specimen according to Comparative Example 3, and although the form of abrasive wear is partially shown, it was confirmed that adhesive wear of a larger scale than that of Comparative Example 2 occurred. Here, 131 in FIG. 13 indicates that adhesive wear has occurred, and 132 indicates that abrasive wear has occurred.

한편, 응착마모는 재료의 표면이 응착되어 찢겨져 나가는 마모 형태를 말하고, 연삭마모는 재료가 응착되지 않고 긁혀서 발생하는 마모를 말한다. 즉, 응착마모는 연삭마모에 비해 마모되는 양이 많으므로, 마모 시험시 시편에 응착마모가 많을 수록 마모량이 많아지며 파편의 크기가 큰 것일 수 있다.On the other hand, adhesive wear refers to a wear form in which the surface of a material is torn off by adhesion, and abrasive wear refers to wear caused by scratching without adhesion of a material. That is, since the amount of adhesive wear is greater than that of abrasive wear, the greater the amount of adhesive wear on the specimen during the wear test, the greater the amount of wear and the larger the size of the fragments may be.

도 5, 도 8, 도 11 및 도 14는 실시예에 따른 시편과 비교예 1 내지 3에 따른 시편의 파편 크기를 나타낸 것으로, 도 5의 51, 도 8의 81, 도 11의 111 및 도 14의 141은 각 시편의 파편을 나타낸다.5, 8, 11 and 14 show the fragment sizes of the specimens according to Examples and Comparative Examples 1 to 3, 51 in FIG. 5, 81 in FIG. 8, 111 in FIG. 11 and FIG. 14 141 represents the fragment of each specimen.

도 5, 도 8, 도 11 및 도 14를 참조하면, 파편 크기는 실시예가 가장 작으며 비교예 2, 비교예 3, 비교예 1 순으로 크기가 작은 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIGS. 5, 8, 11 and 14 , it was confirmed that the size of the fragments was the smallest in the Example, and the size of the fragments was small in the order of Comparative Example 2, Comparative Example 3, and Comparative Example 1.

즉, 38㎛의 입자 크기를 가지는 제1 강화재와 63㎛의 입자 크기를 가지는 제2 강화재가 모두 포함된 실시예에 따른 시편에서 주로 연삭마모가 발생하고 파편의 크기가 가장 작은 것으로 확인되었다.That is, it was confirmed that abrasive wear mainly occurred and the size of fragments was the smallest in the specimen according to the embodiment in which both the first reinforcement having a particle size of 38 μm and the second reinforcement having a particle size of 63 μm were included.

이를 통해, 실시예에 따른 시편에서 제2 강화재가 단독 포함된 비교예 2에 따른 시편과 제1 강화재가 단독 포함된 비교예 3에 따른 시편보다 마모가 덜 발생하는 것을 확인할 수 있었다.Through this, it was confirmed that less wear occurred in the specimen according to the embodiment than the specimen according to Comparative Example 2 including the second reinforcing material alone and the specimen according to Comparative Example 3 including the first reinforcing material alone.

또한, 도 6, 도 9, 도 12 및 도 15는 실시예에 따른 시편과 비교예 1 내지 3에 따른 시편의 파편을 카본 테이프(Carbon Tape)로 수집하여 EDS(Energy Dispersive X-Ray Spectrometer)로 분석한 결과로서, 마모시험시 실시예에 따른 시편과 비교예 1 내지 3에 따른 시편에서 떨어져 나온 파편에 포함된 탄소의 분포량을 확인할 수 있다.In addition, FIGS. 6, 9, 12 and 15 show that fragments of the specimens according to Examples and Comparative Examples 1 to 3 were collected with a carbon tape using an EDS (Energy Dispersive X-Ray Spectrometer). As a result of the analysis, it is possible to confirm the distribution amount of carbon contained in the fragments separated from the specimens according to Examples and Comparative Examples 1 to 3 during the wear test.

여기서, 도 6의 61, 도 9의 91, 도 12의 121 및 도 15의 151은 파편에 포함된 탄소를 나타내며, 도 6의 62, 도 9의 92, 도 12의 122 및 도 15의 152는 카본 테이프에 의해 나타난 탄소를 나타낸다.Here, 61 in Fig. 6, 91 in Fig. 9, 121 in Fig. 12, and 151 in Fig. 15 indicate carbon contained in the fragment, 62 in Fig. 6, 92 in Fig. 9, 122 in Fig. 12, and 152 in Fig. 15 are Indicates the carbon represented by the carbon tape.

즉, 도 6, 도 9, 도 12 및 도 15를 참조하면, 파편 내부에 점으로 표시된 부분이 파편에 포함된 탄소를 나타내며, 파편의 외부에 점으로 표시된 부분이 카본 테이프에 의해 나타난 탄소를 나타낸다.That is, referring to FIGS. 6, 9, 12 and 15 , the portion indicated by the dot inside the fragment indicates carbon contained in the fragment, and the portion indicated by the dot on the outside of the fragment indicates the carbon indicated by the carbon tape. .

각 시편에 대한 파편의 단위면적 당 탄소 분포량을 확인한 결과, 비교예 1에 따른 시편의 파편에서는 탄소가 거의 검출되지 않았다. 이는 비교예 1에 따른 시편에 강화재가 포함되지 않은 결과이다.As a result of confirming the amount of carbon distribution per unit area of the fragments for each specimen, almost no carbon was detected in the fragments of the specimen according to Comparative Example 1. This is a result that the reinforcing material is not included in the specimen according to Comparative Example 1.

또한, 실시예에 따른 시편의 파편과 비교예 2 내지 3에 따른 시편의 파편의 탄소 분포량을 비교해 보면, 실시예에 따른 시편의 파편에 대한 탄소 분포량이 가장 적은 것으로 확인되었다.In addition, when the carbon distribution amount of the fragments of the specimens according to Examples and the fragments of the specimens according to Comparative Examples 2 to 3 was compared, it was confirmed that the carbon distribution amount of the fragments of the specimens according to Examples was the smallest.

그리고 비교예 2에 따른 시편의 파편에 대한 탄소 분포량이 비교예 3에 따른 시편의 파편에 대한 탄소 분포량보다 적은 것으로 확인되었다.And it was confirmed that the carbon distribution amount of the fragment of the specimen according to Comparative Example 2 was smaller than the carbon distribution amount of the fragment of the specimen according to Comparative Example 3.

여기서 각 시편의 파편에 포함된 탄소는 각 시편에서 마모되어 떨어져 나온 강화재로서, 각 시편의 파편에서 탄소의 분포량이 많을수록 마모되어 떨어져 나온 강화재의 양이 많은 것으로 판단할 수 있다.Here, the carbon contained in the fragments of each specimen is a reinforcing material that is worn away from each specimen, and it can be determined that the greater the distribution of carbon in the fragments of each specimen, the greater the amount of the reinforced material that is worn away.

즉, 63㎛의 입자 크기를 가지는 제2 강화재가 포함된 비교예 2에 따른 시편이 38㎛의 입자 크기를 가지는 제1 강화재가 포함된 비교예 3에 따른 시편보다 마모에 더 잘 견디는 것을 확인할 수 있었다.That is, it can be seen that the specimen according to Comparative Example 2 including the second reinforcing material having a particle size of 63 μm withstands wear better than the specimen according to Comparative Example 3 including the first reinforcing material having a particle size of 38 μm. there was.

그리고 38㎛ 및 63㎛의 입자 크기를 가지는 제1 강화재와 제2강화재 모두가 포함된 실시예의 시편이 단일 입자 크기를 가지는 제1 강화재 또는 제2강화재만이 단독으로 포함된 비교예 2 및 3에 따른 시편보다 마모에 더 잘 견디는 것을 확인할 수 있었다.And in Comparative Examples 2 and 3, in which the specimens of Examples including both the first and second reinforcing materials having particle sizes of 38 μm and 63 μm included only the first reinforcing material or the second reinforcing material having a single particle size alone It was confirmed that the specimen resisted the abrasion better than the following specimen.

실시예의 시편은 마모과정에서 제2 강화재가 마모되어 떨어져 나가더라도 그 사이에 분포한 제1 강화재가 마찰을 견딜 수 있도록 함으로써 비교예 1 내지 3보다 우수한 내마모성을 가지는 것으로 판단된다.The specimens of Examples are judged to have superior wear resistance than Comparative Examples 1 to 3 by allowing the first reinforcement distributed therebetween to withstand friction even if the second reinforcement is worn off during the wear process.

(3) 마모 시간별 마찰계수 평균값 비교(3) Comparison of average values of friction coefficient by wear time

도 16a는 본 발명의 실시예에 따른 시편의 마모시간별 마찰계수를 나타내는 그래프이고, 도 16b는 혼합 분말을 알루미늄 합금 분말 100g만으로 조성함에 따른 시편의 마모시간별 마찰계수를 나타내는 그래프이며, 도 16c는 알루미늄 합금 94g과 38㎛의 입자 크기를 가진 SiC 분말인 제1 강화재 6g을 혼합하여 혼합 분말 100g을 조성함에 따른 시편의 마모시간별 마찰계수를 나타내는 그래프이다.16A is a graph showing the friction coefficient for each wear time of the specimen according to an embodiment of the present invention, FIG. 16B is a graph showing the friction coefficient for each wear time of the specimen according to the composition of the mixed powder with only 100 g of aluminum alloy powder, FIG. 16C is aluminum It is a graph showing the friction coefficient for each wear time of the specimen by mixing 94 g of the alloy and 6 g of the first reinforcing material, which is SiC powder having a particle size of 38 μm, to form 100 g of the mixed powder.

여기서, 도 16a 내지 16c의 그래프에 있어서 가로축은 마모시간, 세로축은 마찰계수를 나타낸다.Here, in the graphs of FIGS. 16A to 16C , the horizontal axis represents the wear time, and the vertical axis represents the friction coefficient.

도 16a 내지 16c를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 시편의 마모시간별 마찰계수값이 도 16b 및 도 16c에 따른 비교예들의 마모시간별 마찰계수값과 대비하여 0.1 부근에서 가장 균일하게 나타난 것으로 확인되었다.16a to 16c, the friction coefficient value for each wear time of the specimen according to the embodiment of the present invention compared to the friction coefficient value for each wear time of the comparative examples according to FIGS. 16b and 16c was found to appear most uniformly around 0.1 became

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will appreciate that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative and non-limiting in all respects. The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention.

S100: 혼합 분말 조성 단계, S200: 혼합 분말 믹싱 단계,
S300: 소결체 형성 단계, S400: 소결체 냉각 단계,
S500: 용체화 처리 단계, S600: 시효 처리 단계
S100: mixing powder composition step, S200: mixing powder mixing step,
S300: sintered compact forming step, S400: sintered compact cooling step,
S500: solution treatment step, S600: aging treatment step

Claims (6)

규소 14 내지 16 중량부와 구리 2.4 내지 2.8 중량부와 마그네슘 0.5 내지 0.8 중량부 및 알루미늄 80 내지 83 중량부로 이루어진 분말 형태의 알루미늄 합금 100 중량부에, SiC로 이루어지고 입자 크기가 35㎛ 내지 42㎛인 분말 형태의 제1 강화재 3 내지 4 중량부 및 SiC로 이루어지고 입자 크기는 63㎛ 내지 75㎛인 분말 형태의 제2 강화재 2 내지 3 중량부를 혼합하여 혼합 분말을 조성하는 단계;
조성된 상기 혼합 분말을 성형틀에 투입하고, 기설정된 진공분위기 및 일축 압력 조건에서 상온부터 기설정된 제1 온도까지 승온시킨 후 상기 제1 온도에서 기설정된 시간 동안 소결하여 소결체를 형성하는 단계;
상기 소결체를 냉각시키는 단계;
냉각된 상기 소결체를 가열하여 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도에서 기설정된 시간동안 유지한 후 급냉하여 용체화 처리하는 단계; 및
용체화 처리된 상기 소결체를 가열하여 상기 제2 온도보다 낮은 제3 온도에서 기설정된 시간동안 유지한 후 공냉하여 시효 처리하는 단계;를 포함하여
마모거리 500m, 온도 25℃, 상대습도 60%, 마모 반경 11mm, 하중 50N, 선속도 1.25m/s, RPM 1000, 상대재 SUJ2의 조건으로 400초동안 Ball on disk 마모시험기를 이용하여 마모시험 진행시 하기 수학식 1로 계산되어 측정되는 비마모율이 0.0000344mm3/N·m인 알루미늄 복합재료를 제조할 수 있는 것을 특징으로 하는
경도와 내마모성이 향상된 브레이크 디스크용 알루미늄 복합재료 제조방법.
(수학식 1)
Figure 112021047902212-pat00032

여기서, W’는 비마모율, △m은 마모 손실 질량, △t는 마모 시간, p는 소재의 밀도, v는 마모 속도, FN은 작용하중이다.
In 100 parts by weight of an aluminum alloy in powder form consisting of 14 to 16 parts by weight of silicon, 2.4 to 2.8 parts by weight of copper, 0.5 to 0.8 parts by weight of magnesium, and 80 to 83 parts by weight of aluminum, SiC and having a particle size of 35 μm to 42 μm composing a mixed powder by mixing 3 to 4 parts by weight of a first reinforcing material in the form of phosphorus powder and 2 to 3 parts by weight of a second reinforcing material in the form of a powder consisting of SiC and having a particle size of 63 μm to 75 μm;
Forming a sintered body by putting the mixed powder composition into a mold, raising the temperature from room temperature to a first preset temperature in a preset vacuum atmosphere and uniaxial pressure condition, and then sintering at the first temperature for a preset time;
cooling the sintered body;
heating the cooled sintered body and maintaining it at a second temperature lower than the first temperature for a preset time, followed by quenching to solution heat treatment; and
Including; heating the solution-treated sintered body and maintaining it for a predetermined time at a third temperature lower than the second temperature, followed by air cooling and aging treatment; including
Abrasion test using a ball on disk abrasion tester for 400 seconds under the conditions of abrasion distance of 500m, temperature 25℃, relative humidity 60%, wear radius 11mm, load 50N, linear speed 1.25m/s, RPM 1000, and SUJ2 counterpart. Characterized in that it is possible to manufacture an aluminum composite material having a specific wear rate of 0.0000344 mm 3 /N m calculated by the following Equation 1
A method for manufacturing an aluminum composite material for brake discs with improved hardness and wear resistance.
(Equation 1)
Figure 112021047902212-pat00032

Here, W' is the specific wear rate, Δm is the wear loss mass, Δt is the wear time, p is the density of the material, v is the wear rate, and F N is the applied load.
제 1항에 있어서,
상기 소결체를 형성하는 단계는,
상기 혼합 분말을 상기 성형틀에 투입하고,
Figure 112020013188636-pat00013
의 진공분위기 및 60MPa 내지 80MPa의 일축 압력 조건에서 5℃/min 내지 15℃/min의 속도로 상온에서 550℃ 내지 600℃까지 승온시킨 후 30분 내지 90분 동안 소결하는 것을 특징으로 하는 경도와 내마모성이 향상된 브레이크 디스크용 알루미늄 복합재료 제조방법.
The method of claim 1,
The step of forming the sintered body,
Put the mixed powder into the mold,
Figure 112020013188636-pat00013
Hardness and abrasion resistance, characterized in that the temperature is raised from room temperature to 550°C to 600°C at a rate of 5°C/min to 15°C/min in a vacuum atmosphere of 60 MPa to 80 MPa and uniaxial pressure of 60 MPa to 80 MPa, followed by sintering for 30 minutes to 90 minutes This improved method for manufacturing aluminum composites for brake discs.
삭제delete 삭제delete 규소 14 내지 16 중량부, 구리 2.4 내지 2.8 중량부, 마그네슘 0.5 내지 0.8 중량부, 알루미늄 80 내지 83 중량부로 이루어진 알루미늄 합금 100 중량부와,
SiC로 이루어지고 입자 크기가 35㎛ 내지 42㎛인 제1 강화재 3 내지 4 중량부와,
SiC로 이루어지고 입자 크기가 입자 크기가 63㎛ 내지 75㎛인 제2 강화재 2 내지 3 중량부를 포함하고,
마모거리 500m, 온도 25℃, 상대습도 60%, 마모 반경 11mm, 하중 50N, 선속도 1.25m/s, RPM 1000, 상대재 SUJ2의 조건으로 400초동안 Ball on disk 마모시험기를 이용하여 마모시험 진행시 하기 수학식 1로 계산되어 측정되는 비마모율이 0.0000344mm3/N·m인 것
경도와 내마모성이 향상된 브레이크 디스크용 알루미늄 복합재료 조성물.
(수학식 1)
Figure 112021047902212-pat00033

여기서, W’는 비마모율, △m은 마모 손실 질량, △t는 마모 시간, p는 소재의 밀도, v는 마모 속도, FN은 작용하중이다.
100 parts by weight of an aluminum alloy comprising 14 to 16 parts by weight of silicon, 2.4 to 2.8 parts by weight of copper, 0.5 to 0.8 parts by weight of magnesium, and 80 to 83 parts by weight of aluminum;
3 to 4 parts by weight of a first reinforcement made of SiC and having a particle size of 35 μm to 42 μm;
Containing 2 to 3 parts by weight of a second reinforcing material made of SiC and having a particle size of 63 μm to 75 μm,
Abrasion test using a ball on disk abrasion tester for 400 seconds under the conditions of abrasion distance of 500m, temperature 25℃, relative humidity 60%, wear radius 11mm, load 50N, linear speed 1.25m/s, RPM 1000, and SUJ2 counterpart. When the specific wear rate calculated and measured by the following Equation 1 is 0.0000344mm 3 /N·m
An aluminum composite material composition for brake discs with improved hardness and wear resistance.
(Equation 1)
Figure 112021047902212-pat00033

Here, W' is the specific wear rate, Δm is the wear loss mass, Δt is the wear time, p is the density of the material, v is the wear rate, and F N is the applied load.
삭제delete
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