KR20070018153A - 자동차용 실린더 라이너의 조성물과 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 실린더 라이너의 조성물과 그 제조방법에 관한 것으로서, 기존의 알루미늄 라이너 제조방법으로 채택되고 있는 분말 혼합 후 압출에 의한 제조공법 및 용융 알루미늄의 스프레이 포밍 후 압출에 의한 제조공법을 배제하고 대신에 알루미늄 라이너 소재로 범용되고 있는 고(高) 규소 알루미늄 합금을 급속 응고법을 이용하여 분말 형태로 제조하고, 이를 가열 공정이 생략된 정수압 압출법을 이용하여 압출 제조함으로써, 알루미늄과 규소의 분말혼합 압출 공정을 생략하고, 열간 압출시 발생하는 열에 의한 제조품의 물성 저하를 방지하여 고품질의 실린더 라이너를 제조할 수 있는 자동차용 실린더 라이너의 조성물과 그 제조방법에 관한 것이다.

자동차, 실린더 라이너, 급속 응고법, 정수압 압출법

Description

자동차용 실린더 라이너의 조성물과 그 제조방법{Cylinder-liner composite and method for preparing the same}

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 실린더 라이너의 제조방법인 정수압 압출 공정을 나타내는 구성도,

도 2는 종래의 자동차용 실린더 라이너의 제조방법인 스프레이 포밍 공정을 나타내는 구성도,

도 3은 종래의 자동차용 실린더 라이너의 제조방법인 분말혼합 압출 공정을 나타내는 구성도이다.

본 발명은 자동차용 실린더 라이너의 조성물과 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 알루미늄 실린더 엔진의 구성품인 실린더 블록, 특히 알루미늄제 실린더 블록에 삽입되어 피스톤의 왕복 운동 시 윤활 및 내열특성이 요구되는 자동차용 실린더 라이너의 조성물과 그 제조방법에 관한 것이다.

현재, 자동차 등의 수송기기 엔진의 경량화 추세에 따라 개발된 알루미늄 실린더 블록의 보어를 보강하기 위해 사용되고 있는 실린더 라이너는 일반적으로 주철재 라이너가 사용되고 있으며, 최근에는 주철재 라이너의 단점인 알루미늄 실린더 블록과의 접합의 비용이성 및 과도한 중량 등의 단점을 보완하기 위해 A390 과공정 실리콘 알루미늄 합금이나 일정한 함량(23 ~ 26 중량%)로 이루어진 실리콘을 함유한 알루미늄 압출재 라이너 등이 사용되고 있다.

상기의 기존 알루미늄 라이너의 제조 방법으로는 스프레이 포밍 공법을 이용하여 용융금속을 냉각매체에 분사한 후 집적하여 빌렛형태로 제조한 다음 다시 압출을 통해 라이너 형태로 가공하여 제조하거나, 분말 혼합 압출 공법을 이용하여 각 합금 성분의 금속분말을 혼합한 후 이를 성형 공정을 통해 빌렛형태로 제조한 후 압출을 통해 실린더 라이너를 제조하고 있다.

이러한, 종래의 제조 공정 중, 도 2에 도시된 바와 같이, 스프레이 포밍 공정은 합금을 용해, 교반한 다음, 이를 분사 후 냉각 매체에 집적하는 공정이 포함되나, 이러한 공정은 까다롭고, 집적된 프리폼을 다시 냉각 매체인 금속으로부터 분리하고, 이를 다시 압출해야 하는 등 그 구성이 복잡하여 제조비용의 상승이 동반되는 문제점을 안고 있다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 각 합금성분의 금속 분말을 혼합한 다음, 혼합한 분말을 압축 성형하여 빌렛을 제조한 후 압출하여 실린더 라이너를 제조하는 공정인 분말혼합 압출 공정은 분말 혼합시 금속 분말의 분포가 불균일하게 분포할 가능성이 크고, 고 규소 알루미늄 실린더 라이너에서 요구되는 미세한 실리콘 입자를 구현하기 힘든 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 알루미늄 소재를 기본 성분으로 하고, 여기에 실리콘(Si) 15 ~ 25 중량%, 구리(Cu) 1 ~ 4.5 중량%, 마그네슘(Mg) 0.5 ~ 1.5 중량%, 망간(Mn) 0.3 중량% 이하, 철(Fe) 0.3 중량% 이하가 함유된 과공정 실리콘 알루미늄 합금을 급속 응고법을 통해 크기 100 ~ 200㎛ 크기의 합금화된 분말을 제조하여 알루미늄 실린더 라이너에서 요구되는 직경 20 ~ 30㎛ 이하의 균일한 실리콘 크기를 획득하고, 분말혼합 압출 공정을 생략하여 공정을 단순화하며, 과공정 실리콘 알루미늄 합금 분말의 압출시 요구되는 고압 열간 압출 공정을 배제하고, 대신에 정수압 압출 공정을 이용하여, 급속 응고를 통해 얻어진 조직을 효과적으로 최종 제품에 부여함으로써, 균일하고 우수한 품질을 얻을 수 있는 자동차용 실린더 라이너의 조성물과 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이하, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명은, 알루미늄 소재를 기본 성분으로 하고, 여기에 여러 보강용 성분을 함유하고 있는 알루미늄 실린더 라이너의 조성물에 있어서,

상기 보강용 성분으로 알루미늄(Al)을 기본 성분으로 하고, 여기에 실리콘(Si) 15 ~ 25 중량%, 구리(Cu) 1 ~ 4.5 중량%, 마그네슘(Mg) 0.5 ~ 1.5 중량%, 망간(Mn) 0.3 중량% 이하, 철(Fe) 0.3 중량% 이하가 함유되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 자동차용 실린더 라이너의 제조방법은, 알루미늄을 기본 성분으로 하고, 여기에 실리콘(Si) 15 ~ 25 중량%, 구리(Cu) 1 ~ 4.5 중량%, 마그네슘(Mg) 0.5 ~ 1.5 중량%, 망간(Mn) 0.3 중량% 이하, 철(Fe) 0.3 중량% 이하가 함유되어 있는 알루미늄 합금 소재를 가스분무 또는 수분무 장치를 통해 급속응고된 분말로 제조하는 단계와;

포집기를 통해 상기 분말을 수집한 후 분말 직경 200㎛ 이하의 크기를 갖는 분말을 선별하는 단계와;

상기 선별된 알루미늄 합금 분말이 압축기를 통해 이론 밀도의 약 70% 이상의 밀도를 갖도록 분말 압축 성형하여 빌렛으로 제조하는 단계와;

상기 제조된 빌렛을 캔(can)에 장입하여 정수압 압출기를 통해 상온에서 파이프 형태로 압출하여 제조 완료하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 알루미늄 소재를 기본 성분으로 하고, 여기에 여러 보강용 성분을 함유하고 있는 알루미늄 실린더 라이너에 있어서, 상기 보강용 성분으로 알루미늄을 기본 성분으로 하고, 여기에 실리콘(Si) 15 ~ 25 중량%, 구리(Cu) 1 ~ 4.5 중 량%, 마그네슘(Mg) 0.5 ~ 1.5 중량%, 망간(Mn) 0.3 중량% 이하, 철(Fe) 0.3 중량% 이하가 함유되어 있는 과공정 실리콘 알루미늄 합금 소재를 합금의 용해 온도 이상인 800℃ 이상에서 과열 용해한다.

여기서, 상기 실리콘(Si)의 경우, 함유량은 15 ~ 25 중량%를 사용한다.

이때, 그 사용함량이 15 중량% 미만이면 주조성에 문제가 있고, 반면에 25 중량%를 초과하여 과량으로 사용하게 되면 미세편석 등으로 가공성 저하의 문제가 있어 바람직하지 않다.

이러한 실리콘의 성분은 주조성 개선 및 강도 향상의 효과가 있다.

상기 구리의(Cu) 경우, 함유량은 1 ~ 4.5 중량%를 사용한다.

이때, 그 함유량이 1 중량% 미만이면 연성이 저하되는 문제가 있고, 반면에 4.5 중량%를 초과하여 과량으로 사용하면 고용도가 제한되는 문제가 있다.

상기 마그네슘(Mg)의 경우, 함유량은 0.5 ~ 1.5 중량%를 사용한다.

이때, 그 사용함량이 0.5 중량% 미만이면 강도의 저하가 발생하고, 1.5 중량%를 초과하여 과량으로 사용하면 신율 저하의 문제가 있어 바람직하지 않다.

이러한 마그네슘 성분은 실리콘과 함께 석출물을 생성시켜 강도 향상의 효과가 있다.

상기 망간(Mn)의 경우, 함유량은 0.3 중량% 이하를 사용한다.

이때, 망간은 알루미늄 및 실리콘과 결합하여 취약한 석출물을 생성시키므로 가급적 억제하는 것이 바람직하다.

상기 철(Fe)의 경우, 함유량은 0.3 중량% 이하를 사용한다.

이때, 철의 경우도 알루미늄 및 실리콘과 결합하여 취약한 석출물을 생성시키므로 가급적 억제하는 것이 바람직하다.

이러한 성분을 갖는 용해된 알루미늄 합금은 가스분무 또는 수분무 장치를 통해 급속응고된 분말로 제조되고, 이들 분말을 포집기를 통해 수집한 후 분말 직경 200㎛ 이하의 크기를 갖는 분말을 선별하여 사용한다.

이는 직경 200㎛ 이하의 분말에서 알루미늄 실린더 라이너에서 요구되는 20 ~ 25㎛ 이하의 균일한 실리콘 크기를 얻을 수 있기 때문이다.

상기와 같이, 선별된 균일한 알루미늄 합금 분말은 압축기를 통해 이론 밀도의 약 70% 이상의 밀도를 갖도록 분말 압축 성형하여 원통형 등의 일정 형태를 갖는 빌렛으로 제조한다.

여기서, 상기 알루미늄 합금 분말이 70%의 밀도를 갖도록 하는 이유는 상기 밀도에서 후가공 압출 공정에서 건전한 압출재를 획득할 수 있기 때문이다.

이렇게 제조된 빌렛은 연강 또는 동 등으로 제조된 알루미늄 합금보다 강도가 우수한 재질의 캔(can)에 장입하여 정수압 압출기를 통해 상온에서 파이프 형태로 압출하여 알루미늄 실린더 라이너의 소재로 제조한다.

따라서, 종래의 일반적인 압출법을 적용한 압출재의 경우, 압출시 부과되는 성형력이 주로 한 방향으로 작용하여 압출재의 물성이 방향성을 나타내는 경우에 비해, 본 발명에서 사용되는 정수압 압출법은 상하 좌우의 모든 방향에서 일정한 압력이 부과되어 제조된 압출재의 물성이 모든 방향에서 균일할 뿐만 아니라, 경질의 산화막으로 인해 일반적으로 분말 성형이 어려운 알루미늄 합금 분말의 성형을 용이하게 하는 장점이 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 실린더 라이너의 조성물과 그 제조방법에 의하면, 합금성분 원소의 불균일한 분포를 해결하여 균일하고 우수한 품질의 알루미늄 실린더 라이너의 제조가 가능하고, 특히 종래 제조방법에 비해 단순한 공정을 통해 제조원가를 절감할 수 있다.

또한, 급속 응고법에 의해 제조된 분말의 우수한 특성을 제품에 부여할 수 있고, 일반 압출법에 비해 알루미늄 합금 분말의 성형능이 우수하며, 효과적인 정수압 압출법을 통해 보다 고품질의 알루미늄 실린더 라이너의 요구특성을 만족시킬 수 있는 실린더 라이너 제조가 가능하다.

Claims (2)

1. 알루미늄 소재를 기본 성분으로 하고, 여기에 여러 보강용 성분을 함유하고 있는 알루미늄 실린더 라이너의 조성물에 있어서,

   상기 보강용 성분으로 알루미늄을 기본 성분으로 하고, 여기에 실리콘(Si) 15 ~ 25 중량%, 구리(Cu) 1 ~ 4.5 중량%, 마그네슘(Mg) 0.5 ~ 1.5 중량%, 망간(Mn) 0.3 중량% 이하, 철(Fe) 0.3 중량% 이하가 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차용 실린더 라이너의 조성물.
2. 알루미늄을 기본 성분으로 하고, 여기에 실리콘(Si) 15 ~ 25 중량%, 구리(Cu) 1 ~ 4.5 중량%, 마그네슘(Mg) 0.5 ~ 1.5 중량%, 망간(Mn) 0.3 중량% 이하, 철(Fe) 0.3 중량% 이하가 함유되어 있는 알루미늄 합금 소재를 가스분무 또는 수분무 장치를 통해 급속응고된 분말로 제조하는 단계와;

   포집기를 통해 상기 분말을 수집한 후 분말 직경 200㎛ 이하의 크기를 갖는 분말을 선별하는 단계와;

   상기 선별된 알루미늄 합금 분말이 압축기를 통해 이론 밀도의 약 70% 이상의 밀도를 갖도록 분말 압축 성형하여 빌렛으로 제조하는 단계와;

   상기 제조된 빌렛을 캔(can)에 장입하여 정수압 압출기를 통해 상온에서 파이프 형태로 압출하여 제조 완료하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차 용 실린더 라이너의 제조방법.

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