KR102591353B1 - 다이캐스팅용 알루미늄 합금 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
다이캐스팅용 알루미늄 합금이 개시된다. 본 개시의 다이캐스팅용 알루미늄 합금은, 중량 퍼센트로, 3 ≤ Si ≤ 10, 3 ≤ Mg ≤ 10, 0.01 ≤ Fe ≤ 1.3, 0.01 ≤ Zn ≤ 2, 0.01 ≤ Cu ≤ 1.5, 0.01 ≤ Mn ≤ 0.5, 0.05 ≤ Ti ≤ 0.15, 0.01 ≤ La ≤ 2, 0.01 ≤ Sr ≤ 2, 잔량의 Al 및 불가피한 불순물을 포함한다.
Description
본 개시는 다이캐스팅용 알루미늄 합금에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 중량 퍼센트로, 3 ≤ Si ≤ 10, 3 ≤ Mg ≤ 10, 0.01 ≤ Fe ≤ 1.3, 0.01 ≤ Zn ≤ 2, 0.01 ≤ Cu ≤ 1.5, 0.01 ≤ Mn ≤ 0.5, 0.05 ≤ Ti ≤ 0.15, 0.01 ≤ La ≤ 2, 0.01 ≤ Sr ≤ 2, 잔량의 Al 및 불가피한 불순물을 포함하고, 기계적 특성 및 내식성이 향상된 다이캐스팅용 알루미늄 합금에 관한 것이다.
일반적으로 알루미늄은 가벼우면서 주조가 용이하며 다른 금속과 잘 합금되고 상온 및 고온가공이 용이하며, 전기 및 열의 전도성이 좋아 산업 전반에서 널리 사용되고 있다. 특히 최근에는 자동차 및 전자제품 등의 연비향상 또는 중량 절감 등을 위하여 알루미늄에 다른 금속을 혼합한 알루미늄 합금이 많이 사용된다.
통상적으로 알루미늄 합금으로 제품을 제조하는 방법은 프레스 성형에 의하여 케이스를 형성하고 케이스의 표면에 양극 산화 피막을 형성하는 것인데 이 방법에 따르면 장시간 사용하여도 손상되지 않고 미려한 색상의 표면을 갖는 케이스를 얻을 수 있으나 프레스 가공에 의해 성형할 수 없는 형상이 있기 때문에 케이스의 디자인이 제한적이라는 문제점이 있다.
따라서, 알루미늄 합금으로 제품을 제조하는 방법으로서 다이캐스팅(die casting) 방법이 많이 사용되는데, 다이캐스팅은 필요한 주조형상에 맞추어 정확하게 기계 가공된 금형에 용융금속을 주입하여 금형과 똑같은 주물을 얻는 정밀주조법이다. 이와 같은 다이캐스팅 방법에 따르면, 생산되는 제품의 치수가 정확하므로 다듬질할 필요가 거의 없고 기계적 성질이 우수하며, 대량생산이 가능하고 생산 비용이 저렴하기 때문에 높은 양산성을 가지고 자동차부품, 전기기기, 광학기기, 계측기 등 여러 분야에서 가장 많이 이용되고 있는 실정이다.
현재 널리 사용되고 있는 다이캐스팅용 알루미늄 합금으로는 주조성이 우수한 ALDC 3종, ALDC 10종, ALDC 12종 등의 Al-Si계 합금과 ALDC 5종 혹은 ALDC 6종 등의 Al-Mg계 합금이 사용되어 왔다. 그러나 이들 알루미늄 다이캐스팅 재료는 다이캐스팅시 공기 유입으로 내부에 기공이 발생하고, 발생된 기공으로 인하여 기계적 성질이 저하되고, 마그네슘이 다량 함유된 경우 금형 표면에 용융 금속이 용착되어 금형의 수명을 단축시키며, 가공시 발생되는 칩말림으로 인한 가공시간 증가 및 공구가 손상되는 문제점이 있다. 또한, 알루미늄 다이캐스팅 재료는 내식성이 열악하기 때문에 적용 범위의 확대에 제약이 따른다. 이러한 열악한 내식성을 개선하기 위해, 물리적 증착법을 이용하여 합금 표면에 보호피막을 형성시키는 방법이 있으나 이 방법은 진공 장비 등의 고가의 부대장비를 필요로 하고 재활용도 어렵다는 문제가 있다. 또 다른 방법으로는 부식 저항성을 갖는 원소들의 이온을 합금 표면에 주입하는 이온주입법, 합금 표면에 레이저를 주사하여 표면층에 준안정성 상태를 형성시키는 레이저 어닐링법 등이 있으나 전자는 이온주입 깊이에 제한이 있어서 사용중에 이온 주입층이 손상되면 부식저항성이 급격히 저하되는 문제점이 있고 후자는 처리과정 중에 제품의 크기가 변하므로 별도의 기계 가공을 필요로 하는 단점이 있다.
따라서, 다량의 마그네슘을 포함함에도 기계적 특성 및 내식성이 우수하고, 다이캐스팅 과정에서 금형의 표면에 용착이 일어나지 않는 새로운 다이캐스팅용 알루미늄 합금의 필요성이 대두되었다.
본 개시는 상술한 바와 같은 필요성에 따라 안출된 것으로, 본 개시의 목적은 란탄(La) 및 스트론튬(Sr)을 포함하여 기계적 특성 및 내식성이 향상된 다이캐스팅용 합금 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 다이캐스팅용 알루미늄 합금은, 중량 퍼센트로, 3 ≤ Si ≤ 10, 3 ≤ Mg ≤ 10, 0.01 ≤ Fe ≤ 1.3, 0.01 ≤ Zn ≤ 2, 0.01 ≤ Cu ≤ 1.5, 0.01 ≤ Mn ≤ 0.5, 0.05 ≤ Ti ≤ 0.15, 0.01 ≤ La ≤ 2, 0.01 ≤ Sr ≤ 2, 잔량의 Al 및 불가피한 불순물을 포함한다.
이 경우, 0.1 ≤ Sr ≤ 1.0 일 수 있다.
한편, 0.01 ≤ La ≤ 0.5 일 수 있다.
한편, 상기 다이캐스팅용 알루미늄 합금은, 인장 강도가 240 내지 270 N/mm2, 내력이 230 내지 260 N/mm2 및 충격치가 90 내지 110 KJ/m2일 수 있다.
한편, 상기 다이캐스팅용 알루미늄 합금은, 5% 염화나트륨 환경에서 동전위 가속화 시험으로 측정되는 부식 전류가 3.5 내지 4.5 ㎂, 전위가 -660 내지 -645 V, 부식 저항도가 4.9 내지 5.6 Ω일 수 있다.
한편, 본 개시의 일 실시 예에 따른 다이캐스팅용 합금으로 세탁기용 알루미늄 플랜지 샤프트가 제조될 수 있다.
한편, 본 개시의 일 실시 예에 따른 다이캐스팅용 알루미늄 합금 제조 방법은, La 및 Sr을 포함하는 모합금을 제조하는 단계, 상기 다이캐스팅용 알루미늄 합금의 총 중량을 기준으로, 중량 퍼센트로, 3 ≤ Si ≤ 10, 3 ≤ Mg ≤ 10, 0.01 ≤ Fe ≤ 1.3, 0.01 ≤ Zn ≤ 2, 0.01 ≤ Cu ≤ 1.5, 0.01 ≤ Mn ≤ 0.5 및 0.05 ≤ Ti ≤ 0.15을 포함하도록 Al, Si, Mg, Fe, Zn, Cu, Mn 및 Ti를 도가니에서 용융하는 단계 및 상기 다이캐스팅용 알루미늄 합금의 총 중량을 기준으로, 중량 퍼센트로, 0.01 ≤ La ≤ 2, 0.01 ≤ Sr ≤ 2을 포함하도록 상기 제조된 모합금을 상기 도가니에 추가하는 단계를 포함한다.
이 경우, 용융이 완료되면, 상기 도가니에 플럭스를 추가하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 모합금은, Al-La-Sr 삼원계 모합금 또는 Al-Mg-La-Sr 사원계 모합금일 수 있다.
한편, 상기 용융하는 단계는, 600 내지 700℃에서 수행될 수 있다.
도 1 및 도 2는 종래 다이캐스팅용 알루미늄 합금인 ADC 12 및 본 개시에 따라 제조된 다이캐스팅용 알루미늄 합금의 내식성 실험 결과를 나타내는 도면,
도 3은 종래 다이캐스팅용 알루미늄 합금인 ADC 12 및 본 개시에 따라 제조된 다이캐스팅용 알루미늄 합금의 Sr의 함량에 따른 내식성 실험 결과를 나타내는 도면,
도 4는 종래 다이캐스팅용 알루미늄 합금인 Al 6061 및 본 개시에 따라 제조된 다이캐스팅용 알루미늄 합금의 강도를 비교 설명하기 위한 도면, 그리고,
도 5는 본 개시에 따른 다이캐스팅용 알루미늄 합금을 제조하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 종래 다이캐스팅용 알루미늄 합금인 ADC 12 및 본 개시에 따라 제조된 다이캐스팅용 알루미늄 합금의 Sr의 함량에 따른 내식성 실험 결과를 나타내는 도면,
도 4는 종래 다이캐스팅용 알루미늄 합금인 Al 6061 및 본 개시에 따라 제조된 다이캐스팅용 알루미늄 합금의 강도를 비교 설명하기 위한 도면, 그리고,
도 5는 본 개시에 따른 다이캐스팅용 알루미늄 합금을 제조하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하도록 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 덧붙여, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.
본 발명의 다이캐스팅용 알루미늄 합금은, 3 내지 10 중량%의 규소(Si), 3 내지 10 중량%의 마그네슘(Mg), 0.01 내지 1.3 중량%의 철(F), 0.01 내지 2 중량%의 아연(Zn), 0.01 내지 1.5 중량%의 구리(Cu), 0.01 내지 0.5 중량%의 망간(Mn), 0.05 내지 0.15 중량%의 티타늄(Ti), 0.01 내지 2 중량%의 란탄(La), 0.01 내지 2 중량%의 스트론튬(Sr), 잔량의 Al 및 불가피한 불순물을 포함한다.
상기 합금에 포함되는 불가피한 불순물은 극미량일 수 있으며 존재할 수 있는 부수적인 불순물은 B, Cr, Sn, Sr, Pb, Ni, Cd, Ag, Zr, Ca, Mo, 다른 전이 금속 원소, 또 다른 희토류 원소 등일 수 있으며 이에 제한되지 않는다. 부수적인 불순물은 캐스팅(casting)마다 다양할 수 있으나 이들의 존재가 본 개시에 영향을 주는 것은 아니며, 바람직하게 불순물 총량은 0.01 중량% 미만일 수 있다.
본 개시의 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 마그네슘(Mg)을 3 내지 10 중량%로 포함한다. 마그네슘 성분은 인장강도를 향상시킬 뿐만 아니라 Si보다 가벼워서 제품의 경량화에 유리한 장점이 있다. 마그네슘의 함량이 3 중량% 미만이면 인장강도의 증가 효과를 얻을 수 없고, 마그네슘의 함량이 10 중량%를 초과하면 내식성이 저하되고 용탕의 달라붙는 성질의 증가로 유동성을 저하시켜 작업성이 저하되는 원인이 된다.
특히, 본 발명의 알루미늄 합금은 종래 Al-Si계 합금과 비교할 때 현저히 많은 양의 마그네슘을 포함하며 Al-Mg계 합금보다도 더 많은 마그네슘을 포함하는데, 상기 본 발명의 마그네슘 함량은 내식성과 작업성을 저하시키지 않으면서도 제품의 고강도화라는 목적을 달성할 수 있는 조성이라는 점에서 기술적 의미가 있다. 이러한 특징 때문에 강도와 고내식성을 동시에 요구하는 가전 제품의 부품에 적용될 수 있으며 특히 반복적으로 충격이 가해지고, 물 또는 공기와 접촉하는 제품에 유리하다. 예를 들어, 본 개시에 따른 알루미늄 합금은 세탁기의 드럼을 회정할 수 있도록 고정하는 플랜지 샤프트(flange shaft) 등의 부품에 사용될 수 있다.
그리고, 본 개시의 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 규소(Si)를 포함한다. Si 성분은 알루미늄 합금의 유동성을 향상시켜 성형성을 좋게 하고, 응고 수축율을 저하시켜 수축량을 감소시키며, 경도를 향상시키는 역할을 한다. 본 개시의 다이캐스팅용 알루미늄 합금에 있어서 상기 Si의 함량은 전체 합금의 총 중량을 기준으로 3 내지 10 중량%의 범위로 첨가되는 것이 바람직하다. Si 성분이 3 중량% 미만이면 첨가의 효과가 미미하고, 반면 10 중량%를 초과하면 열팽창 계수 및 연신율이 저하되고 표면에 얼룩이 발생할 수 있다.
또한, 본 개시의 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 철(Fe)을 포함한다. Fe 성분은 다이캐스팅용 금형에서의 점착성을 감소시켜 주조성이 좋고 금형의 침식을 저하시키는 역할을 한다. 본 개시의 다이캐스팅용 알루미늄 합금에 있어서 상기 Fe의 함량은 전체 합금의 총 중량을 기준으로 0.01 내지 1.3 중량%의 범위로 첨가되는 것이 바람직하다. Fe 성분이 전체 합금의 총 중량을 기준으로 0.01 중량% 미만이면 주조품의 탈형성이 어렵고, 반면 1.3 중량%를 초과하는 경우에는 Al 및 Si와 결합하여 취약한 석출물을 생성시키고, 알루미늄 합금의 내식성을 저하시킬 수 있다.
그리고, 본 개시의 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 아연(Zn)을 포함한다. Zn 성분은 합금에서 강도 및 주조성을 향상시키는 효과가 있다. 본 개시의 다이캐스팅용 알루미늄 합금에 있어서 상기 Zn의 함량은 전체 합금의 총 중량을 기준으로 0.01 내지 2 중량%의 범위로 첨가되는 것이 바람직하다. Zn 성분이 전체 합금의 총 중량을 기준으로 0.01 중량% 미만이면 상기 기계적 성질의 향상이 미미한 반면, 2 중량%를 초과하는 경우에는 합금의 밀도를 감소시켜 크랙을 유발할 수 있다.
그리고, 본 개시의 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 망간(Mn)을 포함한다. Mn 성분은 합금에서 Mn-Al6상을 석출시켜 고용강화현상과 미세석출물의 분산을 통해 합금의 기계적 성질을 향상시키는 역할을 한다. 본 개시의 다이캐스팅용 알루미늄 합금에 있어서 상기 Mn의 함량은 전체 합금의 총 중량을 기준으로 0.01 내지 0.5 중량%의 범위로 첨가되는 것이 바람직하다. Mn 성분이 전체 합금의 총 중량을 기준으로 0.01 중량% 미만이면 상기 기계적 성질의 향상이 미미한 반면, 0.5 중량%를 초과하는 경우에는 점착성으로 인해 Mg와 더불어 작업성을 저하시킬 수 있다.
그리고, 본 개시의 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 구리(Cu)를 포함한다. Cu 성분은 합금에서 강도 및 경도를 향상시키는 역할을 한다. 본 개시의 다이캐스팅용 알루미늄 합금에 있어서 상기 Cu의 함량은 전체 합금의 총 중량을 기준으로 0.01 내지 1.5 중량%의 범위로 첨가되는 것이 바람직하다. Cu 성분이 합금 총 중량을 기준으로 0.01 중량% 미만이면 상기 기계적 성질의 향상이 미미한 반면, 1.5 중량%를 초과하는 경우에는 내식성 및 연신율을 저하시킬 수 있다.
그리고, 본 개시의 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 티타늄(Ti)을 포함한다. Ti 성분은 알루미늄 합금에 첨가되어 결정립을 미세화시키는 역할을 하여 크랙방지 효과를 얻을 수 있으며, 본 개시의 다이캐스팅용 알루미늄 합금에 있어서 상기 Ti의 함량은 전체 합금의 총 중량을 기준으로 0.05 내지 0.15 중량%의 범위로 첨가되는 것이 바람직하다. Ti 성분이 0.05 중량% 미만이면 결정립 미세화 효과를 얻을 수 없고, 반면 0.15 중량%를 초과하는 경우에는 연신율 저하의 원인이 된다.
그리고, 본 개시의 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 란탄(La)을 포함한다. La 성분은 알루미늄 합금에 첨가되어 알루미늄 합금의 유동성을 향상시켜 성형성을 좋게 하고 용융된 합금이 금형에 용착되는 특성을 개선하며, 내식성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다. 구체적으로는, La는 Cu, Fe와 같은 합금 원소와 금속간화합물을 형성하여 알루미늄 매트릭스 내에서 미세 결정상을 안정화시키는 효과가 있다. 한편, 본 개시의 다이캐스팅용 알루미늄 합금에 있어서, La의 함량은 전체 합금의 총 중량을 기준으로 0.01 내지 2 중량%의 범위로 첨가되는 것이 바람직하다. La 성분이 0.01 중량% 미만이면 상기 효과가 미미하고, 반면, 2.0중량%를 초과하는 경우에는 합금 표면에서의 기포 발생의 원인이 되는 문제가 있다. 보다 바람직하게는, 전체 합금의 총 중량을 기준으로 0.01 내지 0.5 중량%의 La가 포함될 수 있다.
그리고, 본 개시의 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 스트론튬(Sr)을 포함한다. Sr 성분은 다이캐스팅 과정에서 공기 유입으로 인해 발생되는 기공을 감소시켜, 합금의 강도를 향상시키는 효과를 얻을 수 있으며, 본 개시의 다이캐스팅용 알루미늄 합금에 있어서, Sr의 함량은 전체 합금의 총 중량을 기준으로 0.01 내지 2 중량%의 범위로 첨가되는 것이 바람직하다. Sr 성분이 0.01 중량% 미만이면, 상기 기계적 성질의 향상이 미미한 반면, 2.0 중량%를 초과하는 경우에는 기공의 분포는 감소하나, 기공의 크기가 증가하는 문제가 있다. 바람직하게는, 전체 합금의 총 중량을 기준으로 0.05 내지 1.0의 Sr이 포함될 수 있다. 보다 바람직하게는, 전체 합금의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 0.5의 Sr이 포함될 수 있다.
이때, 전술한 알루미늄, 규소, 철, 구리 및 티타늄 등 각 성분은 순도가 99%인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 개시의 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 기존 다이캐스팅용 알루미늄 합금에 비해 Mg(마그네슘)을 다량 함유함에도 불구하고, 내식성이 향상되는 효과가 있다. 그리고, 본 개시의 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 금형에 용착되지 않아 작업이 용이하고, 금형의 수명을 증가시킬 수 있으며, 다이캐스팅 과정에서 발생되는 기공이 감소되어 강도, 내력 및 충격치 등의 기계적 특성이 향상된다. 이에 따라, 기존 알루미늄 합금의 가공시 발생되었던 칩말림으로 인한 가공시간 증가 및 가공 공구 손상의 문제점을 해결할 수 있다.
이하에서는 본 개시의 구체적인 실시 예를 통해 더욱 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시 예는 본 개시를 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 개시의 범위가 이들 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
다이캐스팅용 알루미늄 합금의 물성 시험
본 개시에서는, 규소, 철, 구리, 망간, 마그네슘, 스트론튬, 란탄, 아연, 티타늄 및 알루미늄을 아래 표 1과 같은 조성(실시 예)을 갖도록 내식성 및 기계적 특성이 우수한 다이캐스팅용 알루미늄 합금을 제조하였다. 구체적인 다이캐스팅용 알루미늄 합금을 제조하는 방법은 이하 도 5를 참조하여 자세히 설명한다.
그리고, 본 개시에 따른 실시 예의 비교 예로서 아래 표 1과 같은 조성(ADC 12(실제))을 갖는 ADC 12 합금을 준비하였다.
[표 1]
실시 예 1 : 내식성 평가 (1)
상기 표 1에 따른 조성으로 제조한 본 개시에 따른 실시 예인 알루미늄 합금 및 비교 예인 ADC 12를 각각 용해하여 600 내지 700℃로 유지한 후, 공지의 방법에 따라 다이캐스팅 장치를 이용하여 금형에 투입하여 사출 및 냉각하여 각 시험편을 제조하였다. 다이캐스팅 완료된 각 시험편을 상온 25℃이고 pH가 10 내지 11인 수산화칼륨(KOH) 용액에 480 시간 침지 후 각 시험편의 표면을 디지털 현미경을 이용하여 분석하였다.
도 1은 종래 다이캐스팅용 알루미늄 합금인 ADC 12로 제조된 시험편의 표면을 분석한 것이다. 구체적으로, 도 1(a) 및 도 1(b)는 시험편의 표면을 각각 50배율 및 200 배율로 확대한 것이다.
그리고, 도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 표 1의 조성으로 제조된 다이캐스팅용 알루미늄 합금의 시험편의 표면을 분석한 것이다. 구체적으로, 도 2(a) 및 도 2(b)는 시험편의 표면을 각각 50배율 및 200 배율로 확대한 것이다.
도 1(a) 및 도 1(b)를 참조하면, ADC 12로 제조된 시험편의 표면에는 공식(pitting) 부식이 발생함을 확인할 수 있다. 이때, 공식 부식의 깊이는 60 내지 100㎛일 수 있다. 그리고, ADC 12로 제조된 시험편에서는 층상(exfoilation) 부식도 발견되었다.
반면, 도 2(a) 및 도 2(b)를 참조하면, 본 개시의 실시 예에 따른 조성으로 제조된 시험편의 표면에는 도 1에 비해 발생된 공식 부식의 개수가 적고 깊이가 얕다는 것을 확인할 수 있다.
즉, 도 1에 따르면 La 및 Sr을 포함하는 본 개시의 일 실시 예에 따른 다이캐스팅용 알루미늄 합금은, 종래 다이캐스팅용 알루미늄 합금보다 Mg의 함량이 많음에도 불구하고, 내식성이 뛰어남을 알 수 있다.
실시 예 2 : 내식성 평가 (2)
상기 표 1에 따른 조성으로 제조한 본 개시에 따른 실시 예인 알루미늄 합금 및 비교 예인 ADC 12를 각각 용해하여 600 내지 700℃로 유지한 후, 공지의 방법에 따라 다이캐스팅 장치를 이용하여 금형에 투입하여 사출 및 냉각하여 각 시험편을 제조하였다. 다이캐스팅이 완료된 각 시험편을 절단하여 1㎠의 노출 면적으로 제어한 후, 5% 염화나트륨(NaCl) 환경에서 동전위 분극실험을 통하여 시험편의 부식 내구성을 평가하였다. 여기서 동전위 분극실험은 전기 발생 과정에서 생기는 전기적 변위차로 파악한 극성을 이용한 실험으로, 전류, 전압 또는 저항 등을 분석할 수 있다. 아래 표 2를 참조하면, 본 개시에 따른 실시 예인 알루미늄 합금으로 제조된 시험편의 부식전류(Icorr)는 4.12 ㎂로, ADC 12로 제조된 시험편의 부식전류보다 3배 이상의 부식 내구성을 나타낸다. 또한, 본 개시에 따른 실시 예인 알루미늄 합금으로 제조된 시험편은, ADC 12로 제조된 시험편보다 1.7배의 부식 저항도(Zre)를 나타내는 바, 종래 다이캐스팅용 알루미늄 합금과 비교하여 부식 내구성이 더 뛰어남을 확인할 수 있다. 한편, 아래 표 2의 부식 내구성을 나타내는 값은 하나의 실시 예에 불과하므로, 이에 한정되지 않고, 본 개시에 따른 알루미늄 합금은 각 성분의 함량의 변화에 따라 약 3.5 내지 4.5 ㎂의 부식 전류, 약 -660 내지 -645 V의 전위, 약 4.9 내지 5.6 Ω의 부식 저항도를 가질 수 있다.
[표 2]
도 3은 종래 다이캐스팅용 알루미늄 합금인 ADC 12 및 본 개시에 따라 제조된 다이캐스팅용 알루미늄 합금의 Sr의 함량에 따른 내식성 실험 결과를 나타내는 도면이다. 구체적으로, 도 3(a)에 도시된 비교 예는 상기 표 1의 조성을 갖는 ADC 12로 제조되고, 도 3(b) 내지 도 3(d)에 도시된 본 개시에 따른 실시 예는 상기 표 1의 조성에서 Sr의 함량을 각각 0 중량%, 0.15 중량% 및 0.5 중량%로 변경하여 제조된 것이다.
도 3(a) 내지 도 3(d)를 참조하면, Sr이 0.15 중량%일 때 기공 크기가 가장 적은 것을 확인할 수 있다. 그리고, Sr이 0 중량%일 때의 기공의 크기는 도 3(b)에 도시된 바와 같이 5 내지 10 ㎛ 이었으나, Sr이 0.15 중량%일 때의 기공의 크기는 도 3(c)에 도시된 바와 같이 5 ㎛ 미만으로 감소하였다. 이에 따라, La 및 Sr을 포함하는 본 개시의 일 실시 예에 따른 다이캐스팅용 알루미늄 합금은, 종래 다이캐스팅용 알루미늄 합금보다 Mg의 함량이 많음에도 불구하고, 내식성이 뛰어남을 알 수 있다.
한편, Sr이 0.5 중량%일 때, 도 3(d)에 도시된 바와 같이 기공의 분포는 가장 적으나, Sr이 0.15 중량%일 때보다 기공의 크기가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이로 인해 가장 바람직한 Sr의 함량은 약 0.15 중량 %임을 알 수 있다.
실시 예 3 : 물성 평가
상기 표 1에 따른 조성으로 제조한 본 개시에 따른 실시 예인 알루미늄 합금 및 비교 예인 ADC 12를 각각 용해하여 600 내지 700℃로 유지한 후, 공지의 방법에 따라 다이캐스팅 장치를 이용하여 금형에 투입하여 사출 및 냉각하여 각 시험편을 제조하였다. 다이캐스팅이 완료된 각 시험편을 2.9mm x 23.7mm로 절단하여, 만능 재료 시험기로 ASTM 규격에 준하여 인장 강도, 항복 강도, 변형량, 내력, 충격치 등을 측정하였다.
아래 표 2를 참조하면, 본 개시에 따른 실시 예인 합금으로 제조된 시험편은 ADC 12로 제조된 시험편보다 인장 강도, 0.2% 내력 및 충격치 모두 향상된 것을 확인할 수 있다. 한편, 아래 표 3의 기계적 특성 값은 하나의 실시 예에 불과하므로, 이에 한정되지 않고, 본 개시에 따른 알루미늄 합금은 각 성분의 함량의 변화에 따라 약 240 내지 270 N/mm2의 인장 강도, 약 230 내지 260 N/mm2의 내력, 약 90 내지 110 KJ/m2의 충격치를 가질 수 있다.
[표 3]
도 4는 종래 알루미늄 합금인 Al6061 및 본 개시에 따라 제조된 알루미늄 합금의 강도를 비교 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로 도 4(a) 내지 도 4(c) 각각은 기존 Al6061, 황동 및 본 개시에 따른 합금을 가공하는 경우 발생되는 파편이다. 여기서 Al6061 및 황동은 시중에 판매되는 합금 제품일 수 있다.
도 4(a)를 참조하면, Al6061은 경도가 높지 않아 칩말림 현상이 발생하는 것을 확인할 수 있다. 여기서 칩말림은 합금 가공시 발생되는 파편이 떨어져 나가지 않고 공구에 말리는 것으로, 가공 시간을 증가시키고 공구의 수명을 저하시키는 문제점이 있다. 반면, 황동은 강도와 경도가 높아, 도 4(b)에 도시된 바와 같이 합금 가공시 파편이 가루 형태로 발생되어 칩말림 현상이 일어나지 않는 것을 알 수 있다.
한편, 도 4(c)를 참조하면, 본 개시에 따른 알루미늄 합금을 가공하여 발생하는 파편은 도 4(b)와 유사하게 가루형태임을 알 수 있다. 이와 같이 본 개시에 따른 알루미늄 합금은 기존 알루미늄 합금인 Al6061보다 경도 및 강도가 향상되며, 이에 따라 칩말림 현상을 감소시켜, 합금의 가공 시간 단축 및 공구 수명의 연장을 기대할 수 있다.
도 5는 본 개시에 따른 다이캐스팅용 알루미늄 합금을 제조하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
우선, La 및 Sr을 포함하는 모합금을 제조한다(S501). 구체적으로, Al에 La 및 Sr을 조성에 맞게 투입하고 600 내지 700℃로 함께 용융하여 Al-La-Sr 삼원계 모합금을 제조할 수 있다. 이때, Mg를 더 부가하여 Al-Mg-La-Sr 사원계 모합금으로 제조할 수도 있다.
그 다음, 본 개시의 알루미늄 합금에서 La 및 Sr을 제외한 성분들을 조성에 맞게 도가니에 투입한 후 600 내지 700℃로 용융할 수 있다(S520). 구체적으로, 다이캐스팅용 알루미늄 합금의 총 중량을 기준으로, 중량 퍼센트로, 3 ≤ Si ≤ 10, 3 ≤ Mg ≤ 10, 0.01 ≤ Fe ≤ 1.3, 0.01 ≤ Zn ≤ 2, 0.01 ≤ Cu ≤ 1.5, 0.01 ≤ Mn ≤ 0.5 및 0.05 ≤ Ti ≤ 0.15을 포함하도록 Al, Si, Mg, Fe, Zn, Cu, Mn 및 Ti를 도가니에 투입할 수 있다. 이때, 도가니는 흑연 도가니일 수 있다. 한편, 용융이 완료된 후 플럭스를 투입하여 용탕 표면에 산화방지막을 형성하는 과정이 더 수행될 수 있다.
그 다음, 제조된 모합금을 조성에 맞게 용탕에 투입하여 함께 용융할 수 있다(S530). 구체적으로, 다이캐스팅용 알루미늄 합금의 총 중량을 기준으로, 중량 퍼센트로, 0.01 ≤ La ≤ 2, 0.01 ≤ Sr ≤ 2을 포함하도록 제조된 모합금을 용탕에 투입할 수 있다. 이때, 용탕에 모합금을 투입한 후 600 내지 700℃로 30 내지 60분 동안 가열하여 투입된 모합금을 완전히 용해할 수 있다.
이후 용융된 합금을 공지의 방법에 따라 다이캐스팅 장치를 이용하여 금형에 투입하고, 사출 및 냉각하여 제품을 생성할 수 있다.
이와 같이, La 및 Sr을 포함하는 모합금을 이용하여 알루미늄 합금을 제조함으로써, 성분의 손실 없이 보다 안정적으로 합금 제조가 가능하게 된다.
한편, 이상에서는 La 및 Sr을 포함하는 모합금을 제조한 후 La 및 Sr을 제외한 알루미늄 합금을 용융하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, La 및 Sr을 제외한 알루미늄 합금을 용융한 후 La 및 Sr을 포함하는 모합금을 제조하거나, 동시에 각각 수행될 수도 있다.
이상에 기재한 본 개시의 다양한 실시 예에 따라 알루미늄 합금에 La 및 Sr을 포함함으로써, 유동성이 좋아 주조가 쉽고 금형 표면에 용착이 적으며, 기계적 특성 및 내식성이 향상되는 알루미늄 합금을 획득할 수 있다.
이상에서는 본 개시의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 개시는 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 개시의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 개시의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
Claims (10)
- 다이캐스팅용 알루미늄 합금에 있어서, 중량 퍼센트로,
3 ≤ Si ≤ 10;
8.6 ≤ Mg ≤ 10;
0.01 ≤ Fe ≤ 0.04;
0.01 ≤ Zn ≤ 0.05;
0.01 ≤ Cu ≤ 1.5;
0.01 ≤ Mn ≤ 0.5;
0.05 ≤ Ti ≤ 0.15;
0.31 ≤ La ≤ 0.35;
0.6 ≤ Sr ≤ 2; 및
잔량의 Al 및 불가피한 불순물;을 포함하는 다이캐스팅용 알루미늄 합금. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 다이캐스팅용 알루미늄 합금은,
인장 강도가 240 내지 270 N/mm2, 내력이 230 내지 260 N/mm2 및 충격치가 90 내지 110 KJ/m2인, 다이캐스팅용 알루미늄 합금. - 제1항에 있어서,
상기 다이캐스팅용 알루미늄 합금은,
5% 염화나트륨 환경에서 동전위 가속화 시험으로 측정되는 부식 전류가 3.5 내지 4.5 ㎂, 전위가 -660 내지 -645 V, 부식 저항도가 4.9 내지 5.6 Ω인, 다이캐스팅용 알루미늄 합금. - 제1항 및 제4 항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 다이캐스팅용 합금으로 제조되는 세탁기용 알루미늄 플랜지 샤프트.
- 다이캐스팅용 알루미늄 합금 제조 방법에 있어서,
La 및 Sr을 포함하는 모합금을 제조하는 단계;
상기 다이캐스팅용 알루미늄 합금의 총 중량을 기준으로, 중량 퍼센트로, 3 ≤ Si ≤ 10, 8.6 ≤ Mg ≤ 10, 0.01 ≤ Fe ≤ 0.04, 0.01 ≤ Zn ≤ 0.05, 0.01 ≤ Cu ≤ 1.5, 0.01 ≤ Mn ≤ 0.5 및 0.05 ≤ Ti ≤ 0.15을 포함하도록 Al, Si, Mg, Fe, Zn, Cu, Mn 및 Ti를 도가니에서 용융하는 단계; 및
상기 다이캐스팅용 알루미늄 합금의 총 중량을 기준으로, 중량 퍼센트로, 0.31 ≤ La ≤ 0.35, 0.6 ≤ Sr ≤ 2을 포함하도록 상기 제조된 모합금을 상기 도가니에 추가하는 단계;를 포함하는 다이캐스팅용 알루미늄 합금 제조 방법. - 제7항에 있어서,
용융이 완료되면, 상기 도가니에 플럭스를 추가하는 단계;를 더 포함하는 다이캐스팅용 알루미늄 합금 제조 방법. - 제7항에 있어서,
상기 모합금은,
Al-La-Sr 삼원계 모합금 또는 Al-Mg-La-Sr 사원계 모합금인 다이캐스팅용 알루미늄 합금 제조 방법. - 제7항에 있어서,
상기 용융하는 단계는,
600 내지 700℃에서 수행되는 다이캐스팅용 알루미늄 합금 제조 방법.
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