KR20080102558A - 내마모성 부품용 알루미늄 합금 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내마모성 부품용 알루미늄 합금에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동차의 내마모성 부품 제조을 위한 알루미늄 합금으로 사용되는 과공정계 Al-Si합금(예:A390, R14합금)을 대체하기 위해, 다이캐스팅용 알루미늄 합금(ADC10/12)에 Sn을 첨가하여 미세조직상에 고체윤활입자를 형성시켜, 마모 발생시 자기윤활막이 형성되도록 함으로써, 내마모 특성을 향상시킨 저가의 내마모성 부품용 알루미늄 합금에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 내마모성을 요구하는 부품에 사용되는 알루미늄 합금에 있어서, 상기 알루미늄(Al)을 주성분으로 하고, 여기에 실리콘(Si) 7∼11중량%, 구리(Cu)가 2~4중량%을 첨가된 합금에 주석(Sn)을 3∼7중량%을 첨가하여서 된 것을 특징으로 하는 내마모성 부품용 알루미늄 합금을 제공한다.

알루미늄 합금, 내마모성, 자기윤활막, 주석

Description

내마모성 부품용 알루미늄 합금{Wear-resistant Al alloy containing Sn}

도 1은 본 발명에 따른 내마모성 부품용 알루미늄 합금으로서, 주석(Sn)이 첨가된 알루미늄 합금의 미세조직을 관찰한 현미경 사진,

도 2는 본 발명에 따른 내마모성 부품용 알루미늄 합금에서 자기윤활입자인 주석이 마모시 자기윤활막을 형성하는 것을 설명하는 개략도.

본 발명은 내마모성 부품용 알루미늄 합금에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동차의 내마모성 부품 제조을 위한 알루미늄 합금으로 사용되는 과공정계 Al-Si합금(예:A390, R14합금)을 대체하기 위해, 다이캐스팅용 알루미늄 합금(ADC10/12)에 Sn을 첨가하여 미세조직상에 고체윤활입자를 형성시켜, 마모 발생시 자기윤활막이 형성되도록 함으로써, 내마모 특성을 향상시킨 저가의 내마모성 부품용 알루미늄 합금에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 기존 다이캐스팅용 Al-Si합금에 기존의 합금원소의 알루미 늄(Al)과 상분리를 일으키는 Sn을 첨가함으로서, 연성이 좋은 Sn상이 미세조직상에 분포되면서 마모가 발생하는 상황에서 자기윤활에 의한 마찰계수의 저감효과를 얻어낼 수 있는 새로운 내마모성 알루미늄 합금에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차의 내마모성 부품용 알루미늄 합금으로는 주로 실리콘(Si) 함량이 13.5~18중량%(>12%이상), 구리(Cu) 함량이 2~4%인 과공정 Al-Si합금이 사용되고 있다.

상기 과공정 Al-Si합금은 미세조직상에 30~50㎛크기의 초정 실리콘(Si) 입자가 생성되어 있어, 일반 Al-Si합금에 비해 우수한 내마모성을 가지게 되며, 자동차 부품중 시프트포크, 리어커버, 스와쉬 플레이트 등 내마모성을 요구하는 부품에 많이 사용되고 있다.

대표적인 상용합금으로는 일본 료비사의 R14합금과 이와 유사한 국내개발 합금인 K14합금 및 모노블럭이나 알루미늄 라이너에 사용되는 A390합금 등이 있다.

그러나, 이러한 과공정 합금은 높은 Si함량으로 인해, 주조성이 떨어지며, Si입자 크기 및 분포 조절에 어려움이 많으며, 내충격성이 떨어지는 단점이 있고, 또한 특수 개발된 합금으로 일반 다이캐스팅용 알루미늄 합금에 비해 가격이 매우 높은 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 연구된 결과물로서, 과공정 Al-Si합금을 대체할 수 있는 저가의 내마모성 알루미늄 합금을 제공하고자, 일반 다이캐스팅 용 알루미늄 합금(ADC10/12)에 주석(Sn)을 과량 첨가하여 미세조직상에 자기윤활입자인 주석(Sn) 입자를 생성시켜, 마모 발생시 주석 입자가 자기윤활막을 생성하여 내마모성을 향상시킬 수 있도록 한 내마모성 부품용 알루미늄 합금을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 알루미늄(Al)을 주성분으로 하고, 여기에 실리콘(Si) 7∼11중량%(<12%이하), 구리(Cu) 2∼4%가 함유된 다이캐스팅용 ADC10/12합금에 주석(Sn)을 3∼7중량%을 첨가하여, 미세조직상에 자기윤활입자인 주석(Sn) 입자를 생성시킨 것을 특징으로 하는 내마모성 알루미늄 합금을 제공한다.

이하, 본 발명을 보다 상세하세 설명하기로 한다.

본 발명은 일반 다이캐스팅용 Al-Si합금에 내마모성을 부여하기 위해 주성분인 알루미늄(Al)과 상분리 특성을 갖는 주석(Sn)을 3~7% 첨가한 내마모성 알루미늄 합금을 제공하는 것으로서, 통상적인 주조 공정을 통하여 최종 제조된 알루미늄 합금에 첨부한 도 1의 현미경 사진에서 보는 바와 같이, 과량 함유된 주석이 미세조직상에 골고루 정출되어진다.

즉, 상기 알루미늄 합금의 미세조직상에 주석(Sn)이 고르게 정출되면서 자기윤활입자로 생성된다.

따라서, 내마모성을 요구하는 자동차 부품중 시프트포크, 리어커버, 스와쉬 플레이트 등을 본 발명의 알루미늄 합금으로 제조하는 경우, 첨부한 도 2에서 보는 바와 같이 해당 부품의 마모 발생시, 상기 주석(Sn)에 의한 자기윤활입자가 마모되면서 윤활막을 형성하여 마찰계수를 저하시키고, 내마모성을 향상시킬 수 있게 된다.

한편, 본 발명에 따른 알루미늄 합금은 실리콘(Si) 7∼11중량%(<12%이하), 구리(Cu) 2∼4%가 함유된 다이캐스팅용 ADC10/12합금에 주석(Sn)을 3∼7중량%을 첨가한 것으로서, 이때 첨가되는 주석(Sn)의 양의 증가에 따라 윤활에 의한 내마모성은 향상되지만, 반대로 기계적 성질을 저하될 수 있다.

이에, 상기 주석(Sn)이 7중량% 이상 첨가되는 경우에는 모재의 기계적 물성 저하가 커서 구조재료로서의 기능을 상실하게 되며, 3중량% 이하로 첨가되는 경우에는 자기윤활성 주석(Sn) 입자가 적게 형성되어 요구되는 내마모성을 확보하기 어렵다.

따라서, 상기 주석(Sn)의 함량은 적용되는 부품의 내마모성 요구 정도에 따라서, 3∼7중량%로 한정하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 실시예를 비교예와 함께 더욱 상세하게 설명하겠는바, 본 발명이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

실시예 및 비교예

본 발명에 따른 알루미늄 합금의 Sn 첨가에 의한 내마모성 향상 효과를 확인하기 위한 실시예 및 비교예로서, ADC10 + 5%Sn합금과 R14합금을 이용하였다.

본 발명의 실시예에 따른 합금 성분은 Al을 주성분으로 하고, 여기에 Si 7중량%, Cu 3중량%, Sn 5중량%가 첨가된 것이며, 이를 통상의 주조 공정을 통하여 알루미늄 합금으로 제조하였다.

비교예로서, 상기 R14합금 즉, Al을 주성분으로 하고, 여기에 Si 14중량%, Cu 3중량%가 첨가된 알루미늄 합금을 통상의 주조 방법으로 제조하였다.

시험예

시험예로서, 상기 실시예 및 비교예에 따른 합금의 내마모성 및 기계적 성질(인장강도, 연신율, 내충격성, 마찰계수)을 통상의 측정장비를 이용하여 측정하였으며, 그 결과는 아래의 표 1에 나타낸 바와 같다.

위의 표 1에서 볼 수 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 합금은 기존 과공정 Al-Si합금과 동등 수준의 내마모성을 가지면서도 상대적으로 기계적 성질(인장강도, 연신율, 내충격성)이 향상된 것을 확인할 수 있었다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 내마모성 부품용 알루미늄 합금에 의하면, 과공정 Al-Si합금을 대체할 수 있는 저가의 내마모성 알루미늄 합금을 제공하고자, 일반 다이캐스팅용 알루미늄 합금(ADC10/12)에 주석(Sn)을 과량 첨가하여 미세조직상에 주석 입자가 자기윤활입자로서 자기윤활막을 형성하도록 함으로써, 해당 제품의 마모 발생시 주석 입자가 자기윤활막을 생성하면서 내마모성을 향상시킬 수 있고, 또한 기존의 합금에 비하여 기계적 성질의 향상을 도모할 수 있는 장점을 제공한다.

Claims (1)

1. 알루미늄(Al)을 주성분으로 하고, 여기에 실리콘(Si) 7∼11중량%(<12%이하), 구리(Cu) 2∼4%가 함유된 다이캐스팅용 ADC10/12합금에 주석(Sn)을 3∼7중량%을 첨가하여, 미세조직상에 자기윤활입자인 주석(Sn) 입자를 생성시킨 것을 특징으로 하는 내마모성 알루미늄 합금.

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