KR102463468B1 - Aluminium alloy for die casting - Google Patents
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Abstract
본 발명은 Al을 기재로 하고, 6.8~10wt%의 Mg을 포함하여 제조되는 다이캐스팅용 알루미늄 합금으로서, 본 발명은 추가 공정에 의하지 않더라도 충분한 심미감을 발휘할 수 있으면서 강도 또한 개선이 가능한 다이캐스팅용 알루미늄 합금이다.The present invention is an aluminum alloy for die casting that is based on Al and contains 6.8 to 10 wt% of Mg, and the present invention is an aluminum alloy for die casting that can exhibit sufficient aesthetics even without an additional process and improve strength. .
Description
본 발명은 자동차에 사용되는 합금으로서, 특히 다이캐스팅에 의해 제조되는 알루미늄 합금에 관한 것이다.The present invention relates to an alloy used in automobiles, and more particularly to an aluminum alloy produced by die casting.
종래의 알루미늄 합금의 경우에는 강도에 초점을 맞춰 개발되어져 있기 때문에, 눈에 보이는 부분에 사용되는 자동차용 부품의 경우에는 금속의 발광을 낮게 하고 심미적인 기능성 향상을 위해 표면에 패턴을 넣거나, 아노다이징 등의 표면 처리를 진행하여 사용하여야 하였다.In the case of conventional aluminum alloys, since they have been developed with a focus on strength, in the case of automotive parts used in visible parts, metal luminescence is lowered and patterns are put on the surface to improve aesthetic functionality, anodizing, etc. should be used by proceeding with the surface treatment of
즉, 강도에만 초점을 맞춰 개발된 알루미늄 합금의 경우에는 자체적으로는 심미감에 한계가 있으며, 심미감을 위해서는 추가적인 공정을 요하였던 것이다.That is, in the case of an aluminum alloy developed with a focus on strength alone, there is a limit to the aesthetic sense, and an additional process is required for the aesthetic feeling.
이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.The matters described in the above background art are intended to help the understanding of the background of the invention, and may include matters that are not already known to those of ordinary skill in the art to which this technology belongs.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 추가 공정에 의하지 않더라도 충분한 심미감을 발휘할 수 있으면서 강도 또한 개선이 가능한 다이캐스팅용 알루미늄 합금을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been devised to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an aluminum alloy for die casting that can exhibit sufficient aesthetics and improve strength even without an additional process.
본 발명의 일 관점에 의한 다이캐스팅용 알루미늄 합금은, Al을 기재로 하고, 6.8~10wt%의 Mg을 포함하여 제조된다.The aluminum alloy for die casting according to one aspect of the present invention is manufactured by using Al as a base material and containing Mg of 6.8 to 10 wt%.
또한, 다이캐스팅용 Al-Si-Cu계 합금에 Al 9wt% 이상을 포함하는 마그네슘 합금을 혼합하여 제조될 수 있다.In addition, it may be manufactured by mixing a magnesium alloy containing 9 wt% or more of Al with an Al-Si-Cu-based alloy for die casting.
여기서, 합금 내 Mg2Si 함량이 10wt% 이상 16wt% 이하인 것을 특징으로 한다.Here, the Mg 2 Si content in the alloy is characterized in that 10 wt% or more and 16 wt% or less.
또한, Lab 색좌표에 의해 정의되는 L*, a*, b* 값에 의해 산출되는 색차가 ADC12 합금 대비 3 이상인 것을 특징으로 한다.In addition, it is characterized in that the color difference calculated by the L*, a*, and b* values defined by the Lab color coordinates is 3 or more compared to the ADC12 alloy.
그리고, 상기 b* 값이 2보다 작은 것을 특징으로 한다.And, the b* value is characterized in that less than 2.
본 발명의 다이캐스팅용 알루미늄 합금은, Mg과 Si가 첨가됨으로써 생성되는 phase에 의해 색을 제어할 수 있어 기존에 비해 심미감을 상승시킬 수가 있다.The aluminum alloy for die casting of the present invention can control the color by the phase generated by the addition of Mg and Si, so that it is possible to increase the aesthetics compared to the conventional one.
또한, 합금의 비중을 낮출 수가 있으며, 항복강도도 기존 소재 대비 증가된 물성을 가진다.In addition, the specific gravity of the alloy can be lowered, and the yield strength has increased physical properties compared to the existing material.
도 1a는 pure Mg 첨가 후의 용탕 표면 산화물을 나타낸 것이고, 도 1b는 AZ91 첨가 후 용탕 표면의 산화물을 나타낸 것이다.
도 2는 색좌표 다이어그램을 나타낸 것이다.
도 3은 Al 내 첨가 강화상에 따른 색의 관찰 결과이다.
도 4는 본 발명에 의한 알루미늄 합금 및 비교예에 대한 상태도를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 의한 알루미늄 합금 및 비교예에 대한 표면 상태를 나타낸 것이다.
도 6a와 도 6b는 Zn 함량 증가에 따른 viscosity 및 응고점의 변화를 나타낸 것이다.Figure 1a shows the oxide on the surface of the molten metal after adding pure Mg, and Figure 1b shows the oxide on the surface of the molten metal after adding AZ91.
2 shows a color coordinate diagram.
3 is an observation result of the color according to the added reinforcement phase in Al.
4 shows a state diagram for an aluminum alloy and a comparative example according to the present invention.
5 shows the surface state of the aluminum alloy according to the present invention and a comparative example.
6A and 6B show changes in viscosity and freezing point according to an increase in Zn content.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, the operational advantages of the present invention, and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings illustrating preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.
본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.In describing preferred embodiments of the present invention, well-known techniques or repetitive descriptions that may unnecessarily obscure the gist of the present invention will be reduced or omitted.
본 발명은 기존의 다이캐스팅 제품에 사용되는 ADC12 합금 대비 그 사용 범위가 확대될 수 있는 다이캐스팅용 알루미늄 합금에 관한 것이다.The present invention relates to an aluminum alloy for die casting that can be used in an expanded range compared to ADC12 alloy used in conventional die casting products.
이를 위한 본 발명의 다이캐스팅용 알루미늄 합금의 조성은 표 1과 같다.For this purpose, the composition of the aluminum alloy for die casting of the present invention is shown in Table 1.
본 발명의 특징은 기존의 다이캐스팅용 합금에 상용 마그네슘 합금인 AZ91 합금을 첨가한 합금이다.A characteristic of the present invention is an alloy in which AZ91 alloy, which is a commercial magnesium alloy, is added to the existing alloy for die casting.
합금의 조성을 제어하기 위해 보호가스 없이 pure Mg을 첨가하게 되면, 첨가시 표면 산화가 발생하여 수율을 제어하기 어려우나, 알루미늄이 9wt% 이상 들어가 있는 AZ91의 경우에는 알루미늄 용탕에 추가하여 용해할 때에는 표면 산화없이 용탕에 잘 녹아들어 가게 된다.If pure Mg is added without a protective gas to control the composition of the alloy, surface oxidation occurs during the addition, making it difficult to control the yield. It dissolves well in the molten metal without
도 1a가 pure Mg 첨가 후의 용탕 표면 산화물을 나타낸 것이고, 도 1b는 AZ91 첨가 후 용탕 표면의 산화물을 나타낸 것이다.Figure 1a shows the oxide on the surface of the molten metal after adding pure Mg, and Figure 1b shows the oxide on the surface of the molten metal after adding AZ91.
더불어, 기존의 양산 제품을 활용하여 조성비를 맞출 수 있기 때문에 기존 공정에 적용이 가능해진다.In addition, since the composition ratio can be adjusted by using the existing mass-produced products, it can be applied to the existing process.
기존의 Al 및 Mg의 경우에 모합금 제조를 통해서 신규 합금 제조시 공정온도를 낮추기 위해 제작하여 사용하고 있으나, 본 발명의 합금의 경우에는 공정온도를 낮추기보단, 기존의 ADC12 합금 내 Mg2Si를 손쉽게 생성하기 위해서 AZ91을 비율에 맞게 첨가하였으며, 부수적으로 AZ91 합금의 경우 pure Mg 대비 산화안정성이 뛰어나기 때문에 알루미늄 주조시 Mg 첨가에 의한 보호가스가 필요 없게 된다.In the case of the existing Al and Mg, it is manufactured and used to lower the process temperature when manufacturing a new alloy through the preparation of the master alloy, but in the case of the alloy of the present invention, rather than lowering the process temperature, Mg 2 Si in the existing ADC12 alloy AZ91 was added in proportion to make it easier, and incidentally, AZ91 alloy has excellent oxidation stability compared to pure Mg, so there is no need for a protective gas due to the addition of Mg when casting aluminum.
즉, Mg와 Si의 함량에 의해 생성되는 MgSi계열 phase의 분율을 제어함을 통해 합금 제작을 할 수 있으며, 그에 따라 합금 제작시 기존의 ADC12 합금 및 AZ91 합금을 통해 기존과 다른 색을 갖는 고급감 구현이 가능한 합금을 제작할 수 있는 것이다.That is, an alloy can be manufactured by controlling the fraction of MgSi-based phase generated by the content of Mg and Si, and accordingly, when manufacturing an alloy, the existing ADC12 alloy and AZ91 alloy provide a sense of luxury with a different color. It is possible to manufacture alloys that can be implemented.
ADC12와 AZ91의 비율은 표 2와 같다.The ratio of ADC12 and AZ91 is shown in Table 2.
그리고, 합금 내 생성되는 Mg2Si의 함량은 표 3과 같다.And, the content of Mg 2 Si produced in the alloy is shown in Table 3.
표에 정리된 바와 같이, 합금 내 생성되는 Mg2Si의 함량은 10wt% 이상 16wt% 이하인 것이 바람직하다.As summarized in the table, the content of Mg 2 Si generated in the alloy is preferably 10 wt% or more and 16 wt% or less.
Mg2Si의 함량은 적어도 10wt%를 초과하여야 색의 제어가 가능하고, 후술하는 바와 같이 16wt%를 초과하면 물성에 문제가 있다.The content of Mg 2 Si must exceed at least 10 wt % to control the color, and if it exceeds 16 wt %, as will be described later, there is a problem in physical properties.
이와 같은 조성을 가지는 본 발명의 개발재 및 비교재에 관한 물성의 비교 결과는 다음 표 4와 같다.The comparison results of the physical properties of the developed material and the comparative material of the present invention having such a composition are shown in Table 4 below.
표에 정리한 바와 같이, ADC12 합금 대비 본 발명의 합금은 항복강도가 약 30% 정도 향상됨을 알 수 있고, 밀도도 기존 대비 2.5~4% 정도 낮아서 경량화 효과 또한 극대화할 수 있음을 알 수 있다.As summarized in the table, it can be seen that the yield strength of the alloy of the present invention compared to the ADC12 alloy is improved by about 30%, and the density is also lower by about 2.5-4% compared to the conventional one, so it can be seen that the weight reduction effect can also be maximized.
나아가, 표 5와 같이 파장별 반사도를 측정하고, 표 6과 같이 색차를 비교하였다. 도 2는 색좌표를 나타낸 것이다.Furthermore, as shown in Table 5, reflectance for each wavelength was measured, and color difference was compared as shown in Table 6. 2 shows color coordinates.
색 측정장비의 조건은 다음과 같다.The condition of color measuring equipment is as follows.
기준 색 공간 : 측정된 파장을 색 공간으로 변환하기 위한 기준 파장(CIE 1976 L*a*b*)Reference color space: the reference wavelength for converting the measured wavelength to the color space (CIE 1976 L*a*b*)
기준 관측자 각도 : 색을 보는 각도에 따라 빛의 파장 값이 달라지기 때문에 일정 관찰자 각도 설정(10 Degree)Standard observer angle: Set a certain observer angle (10 Degree) because the wavelength value of light varies depending on the angle at which the color is viewed.
광원 : 입사파장의 값에 따라 반사 및 관찰되는 색 차 발생(D65)Light source: Generates a color difference that is reflected and observed depending on the value of the incident wavelength (D65)
Aperture size : 금속 측정시 표면 조도 영향에 대한 오차 최소화(6mm)Aperture size: Minimize error due to the influence of surface roughness when measuring metal (6mm)
표면 조도 : 0.5 micron 폴리싱을 통한 표면 조도 균일화(조도에 따른 L,a,b 값 변화 발생)Surface roughness: Uniform surface roughness through 0.5 micron polishing (L, a, b values change according to roughness)
Furtherance
색 측정 결과, 기존의 ADC12 합금 대비 3 이상의 색차를 갖고 있으며,(색차가 3을 초과하여야 육안으로 구별이 가능하다) 이러한 색차의 원인은 L값인 조도 영향이 가장 크게 나타나고 있으며, b값이 2 이하의 값을 가짐으로써 보다 blue 계열로 이동되어 기존 합금 대비 푸른 빛을 나타내는 합금을 제작할 수 있었다.As a result of color measurement, it has a color difference of 3 or more compared to the existing ADC12 alloy (the color difference can be distinguished with the naked eye if the color difference exceeds 3). By having a value of , it was possible to produce an alloy that moved to a more blue series and showed blue light compared to the existing alloy.
이와 같이, 본 발명은 MgSi 계열의 상을 활용하여 합금 색이 제어된 합금으로써, 기존의 알루미늄 합금에 제일 많이 쓰이는 Si만으로 제어가 불가능한 색을 발현할 수 있게 한 것이다.As described above, the present invention is an alloy in which the color of the alloy is controlled by utilizing the MgSi-based phase, and it is possible to express a color that cannot be controlled only with Si, which is used the most in the existing aluminum alloy.
도 3을 통해 Al 내 첨가 강화상에 따른 색의 차이를 알 수 있다.3, it can be seen that the color difference according to the added reinforcement phase in Al.
Mg과 Si 첨가에 의해 생성된 상은 알루미늄을 푸른색 계열 합금으로 바꾸기 위해 가장 중요한 phase임을 사전에 확인할 수 있다.It can be confirmed in advance that the phase created by the addition of Mg and Si is the most important phase to change aluminum into a blue-based alloy.
하지만, 기존의 Al 합금에서는 Si 혹은 Mg를 같이 쓰는 경우는 거의 없으며, 6000계열 합금인 Al-Mg-Si 합금계에서도 Mg2Si를 활용하여 강도를 향상하지만, 그 함량이 최대 3wt%가 넘지 못하기 때문에 색차에는 거의 영향이 없다.However, in existing Al alloys, Si or Mg is rarely used together, and although Mg 2 Si is used in the Al-Mg-Si alloy system, which is a 6000 series alloy, the strength is improved, but the content does not exceed 3 wt%. Therefore, it has almost no effect on color difference.
기존의 알루미늄 합금에서의 소량의 Mg2Si의 활용은 석출경화 효과를 얻기 위해서만 사용하였기 때문에 그 양을 최소화하는 것이다.The use of a small amount of Mg 2 Si in the existing aluminum alloy is to minimize the amount because it is used only to obtain the precipitation hardening effect.
그리고, 본 발명의 범위인 ADC12 합금 내 Mg 함량을 6.8wt%~10wt%(Mg2Si 함량 10wt%~16wt% 이내)로 제한하는 이유는 ADC12와 색이 달라지는 범위를 육안으로 확인할 수 있는 범위를 수치적으로 산정한 결과, 6.8wt%로 확인되었으며, 10wt% 초과 첨가시(Mg2Si 함량이 16wt% 초과)에는 비교재2에서 살펴본 바와 같이 물성 평가가 불가능할 정도로 내부 유동성이 급감하여 시험편 제작이 불가함을 확인할 수 있었다.And, the reason for limiting the Mg content in the ADC12 alloy, which is the range of the present invention, to 6.8wt% to 10wt% (within Mg 2 Si content 10wt% to 16wt%) is the range in which the color is different from ADC12 with the naked eye. As a result of numerical calculation, it was confirmed to be 6.8wt%, and when 10wt% was added (the Mg 2 Si content was more than 16wt%), as shown in
나아가, Mg 첨가에 영향이 없는 원소를 제외하고 계산한 도 4의 상태도를 통해서 Mg 첨가에 대한 영향을 상태도 계산을 통해 검토하였다.Furthermore, the effect on the addition of Mg was examined through the calculation of the phase diagram through the phase diagram of FIG. 4 calculated by excluding elements having no effect on the addition of Mg.
Mg의 함량이 6.8wt% 이상에서 도 5와 같이 Mg2Si가 생성됨을 확인하였으며, Mg2Si가 6.8wt% 이상 생성될 경우 기존 ADC12 대비 색차가 변화함을 실험을 통해 검증하였다.It was confirmed that Mg 2 Si was generated when the Mg content was 6.8 wt % or more, as shown in FIG. 5, and it was verified through experiments that the color difference was changed compared to the existing ADC12 when Mg 2 Si was generated 6.8 wt % or more.
Mg2Si의 함량이 많아질수록 L과 b 값이 감소하여 합금의 색이 blue 계열로 변화하게 되며, Mg2Si 함량은 10wt% 이상부터 육안으로 변화하는 색차 3 이상을 확보할 수 있는 것이다.As the content of Mg 2 Si increases, the L and b values decrease and the color of the alloy changes to a blue series, and the Mg 2 Si content can secure a color difference of 3 or more that changes visually from 10 wt% or more.
추가적으로, 도 6a는 본 발명의 경우 viscosity 및 응고점 변화이며, 도 6b는 Zn 함량이 많은 기존의 경우 viscosity 및 응고점 변화이다.Additionally, FIG. 6a is a change in viscosity and a freezing point in the case of the present invention, and FIG. 6b is a change in viscosity and a freezing point in the case of a conventional case with a large Zn content.
본 발명에서의 Zn은 ADC12의 특성상 불순물로 남아 있으며, 주조를 용이하게 하기 위해 넣는 AZ91에 함유되어 있는 잔유분이다.Zn in the present invention remains as an impurity due to the characteristics of ADC12, and is a residual oil contained in AZ91 to facilitate casting.
[선행기술문헌]에 기재된 특허문헌 2와 같은 기존의 Al-Zn-Mg-Si 합금의 경우는 낮은 융점을 제어하기 위해 제작된 도금용 합금으로서, Zn양이 Al 대비 1~1.5의 비중으로 함유된다.In the case of an existing Al-Zn-Mg-Si alloy such as
그 결과, Zn 함량이 많이 있기 때문에 비중이 최소 3g/cm3로 높으며, 높은 viscosity 때문에 고압주조용 합금으로 제작이 불가하다.As a result, because of the high Zn content, the specific gravity is as high as 3 g/cm 3 at least, and it is impossible to manufacture it as an alloy for high pressure casting due to its high viscosity.
도 6b의 넓은 액상 고상 구간이 의미하는 건 굳지 않고 slurry 상태로 있는 걸 의미하며, 고압주조시 굳는 온도 대역이 넓어 소재 제작이 불가한 것이다.The wide liquid-solid section in FIG. 6b means that it is not solidified and is in a slurry state, and the material cannot be manufactured because the temperature range for hardening during high-pressure casting is wide.
이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.The present invention as described above has been described with reference to the illustrated drawings, but it is not limited to the described embodiments, and it is common knowledge in the art that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. self-evident to those who have Accordingly, such modifications or variations should be said to belong to the claims of the present invention, and the scope of the present invention should be interpreted based on the appended claims.
Claims (5)
10~12wt%의 Si, 1.5~2.5wt%의 Cu 및 6.8~10wt%의 Mg을 포함하여 제조되고,
합금 내 Mg2Si 함량이 10wt% 이상 16wt% 이하이며,
Lab 색좌표에 의해 정의되는 L*, a*, b* 값에 의해 산출되는 색차가 ADC12 합금 대비 3 이상이며,
이때 b* 값이 2보다 작은 것을 특징으로 하는,
다이캐스팅용 알루미늄 합금.It is manufactured by mixing an Al-Si-Cu-based alloy for die casting with a magnesium alloy containing 9 wt% or more of Al.
10 to 12 wt% of Si, 1.5 to 2.5 wt% of Cu and 6.8 to 10 wt% of Mg are prepared,
Mg 2 Si content in the alloy is 10 wt% or more and 16 wt% or less,
The color difference calculated by the L*, a*, b* values defined by the Lab color coordinates is 3 or more compared to the ADC12 alloy,
In this case, characterized in that the b* value is less than 2,
Aluminum alloy for die casting.
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