KR20120015805A - 알루미늄 복합재료 제조 장비 - Google Patents

알루미늄 복합재료 제조 장비 Download PDF

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Abstract

본 발명은 알루미늄 복합재료 제조 장비에 관한 것으로서, 특히 용탕(11)에 알루미늄을 장입시키며, 상기 알루미늄을 용해시키기 위해 고온으로 가열되는 용해로(10)와; 일부가 상기 용해로(10)의 용탕에 삽입되어 알루미늄 용해 완료 시 회전되는 회전로터(20)와; 상기 회전로터(20)와 파이프를 통해 연결되는 투입량 조절장치(30)와; 상기 투입량 조절장치(30)와 연결되는 저장봄베(40)로 구성되어, 복합상의 건전한 혼입으로 인해 기존 합금과 대비하여 탄성계수를 증가시키는 동시에 강도를 향상시켜 고강도 서스펜션 부품에 적용 가능하게 하는데 효과가 있도록 하는 것이다.

Description

알루미늄 복합재료 제조 장비{Manufacturing apparatus of aluminum composite material}
본 발명은 알루미늄 복합재료 제조 장비에 관한 것으로서, 특히 복잡한 제조공정 및 후가공 어려움 등으로 인해 양산이 용이하지 못한 알루미늄 복합재료를 강화상 투입장치 및 분산성을 향상시키는 회전로터 장치를 개발하여 저가형 복합재료를 제조하는 것이 가능하게 하기 위한 알루미늄 복합재료 제조 장비에 관한 것이다.
일반적으로 복합재료는 단일상 재료에 비해 비탄성, 비강도, 내마모성, 내크립특성 등이 우수할 뿐만 아니라, 기지 및 강화상을 적절하게 선택함으로써 복합화된 재료의 특성을 제어할 수 있는 tailoring이 가능하다는 장점을 가지고 있다.
이러한 관점에서 경량화, 에너지 절감 등을 도모할 수 있는 복합재료의 개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 입자강화 복합재료의 제조 방법으로는 1)분말야금법(Powder Metallurgy) 2)가압침투법(Pressure Infiltration) 3)무가압침투법(Pressureless Infiltration) 4)XDTM Process16) 5)분무적층성형법(Spray Deposition) 6)용탕교반법(Stirring Method)등이 경쟁적으로 개발되고 있지만 냉간가공 등의 2차 가공이 어렵기 때문에 용융 슬러리 상태에서 최종형상을 제조하는 것이 유리하며, 실용화 측면에서 공정이 단순하고 경제적이며 기존의 장치를 그대로 사용할 수 있는 이점을 가지고 있는 용탕교반법이 주목받고 있다.
하지만 강화상의 낮은 젖음성, 강화입자의 편석 문제, 교반시의 가스 혼입에 의한 기공 발생, 용해시의 용탕과 강화 입자의 반응 등과 같은 문제점이 있으며 이러한 문제점을 해결하는 것이 복합재료 제조공정의 성공 여부로 작용하며 이로 인해 실제 양산이 어려운 실정이다. 또한 진공 및 반응고등의 추가공정을 적용하여 제조한 복합재료를 양산하고 있으나 그 적용은 미미하다.
본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 알루미늄 복합재료 제조 장비에 관한 것으로서, 특히 복잡한 제조공정 및 후가공 어려움 등으로 인해 양산이 용이하지 못한 알루미늄 복합재료를 강화상 투입장치 및 분산성을 향상시키는 회전로터 장치를 개발하여 저가형 복합재료를 제조하는 것이 가능하게 하기 위한 것을 목적으로 한다.
이러한 본 발명은 용탕에 알루미늄을 장입시키며, 상기 알루미늄을 용해시키기 위해 고온으로 가열되는 용해로와; 일부가 상기 용해로의 용탕에 삽입되어 알루미늄 용해 완료 시 회전되는 회전로터와; 상기 회전로터와 파이프를 통해 연결되는 투입량 조절장치와; 상기 투입량 조절장치와 연결되는 저장봄베로 구성함으로써 달성된다.
이상과 같은 본 발명은 복합상의 건전한 혼입으로 인해 기존 합금과 대비하여 탄성계수를 증가시키는 동시에 강도를 향상시켜 고강도 서스펜션 부품에 적용 가능하게 하는데 효과가 있는 발명인 것이다.
도 1의 (a)는 본 발명의 알루미늄 복합재료 제조 장비를 도시하는 구조도,
도 1의 (b)는 본 발명의 알루미늄 복합재료 제조 장비의 실시예를 도시하는 도면,
도 2는 본 발명의 알루미늄 복합재료 제조 장비에서 회전로터를 도시하는 도면.
도 1 및 도 2는 본 발명의 알루미늄 복합재료 제조 장비에 관한 것으로, 도 1은 본 발명의 알루미늄 복합재료 제조 장비를 도시하는 도면이며, 도 2는 본 발명의 알루미늄 복합재료 제조 장비에서 회전로터를 도시하는 도면이다.
본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 알루미늄 복합재료 제조 장비는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 알루미늄을 용해시키기 위해 고온으로 가열되는 용해로(10)와; 알루미늄 용해 완료 시 회전되는 회전로터(20)와; 상기 회전로터(20)와 파이프를 통해 연결되는 투입량 조절장치(30) 및 저장봄베(40)로 구성되어 강도를 향상시켜 고강도 서스펜션 부품에 적용시키는 것을 그 기술상의 기본 특징으로 한다.
이하 본 발명의 알루미늄 복합재료 제조 장비에 대한 각 구성요소를 첨부한 도면을 참조하여 하나씩 살펴보면 다음과 같다.
본 발명은 용탕내부에 불활성가스를 주입하여 수소가스 및 기타 개재물들을 제거하며, 용탕청정도를 높이는 GBF(GAS BUBBLING FILTRATION) 장치를 기초로하여 복합상인 SiC 입자와 용탕내 청정도 개선을 위한 플럭스를 동시에 투입 할 수 있는 것이다.
이때, 용해로 내부로 투입되는 불활성가스, 강화상 및 플럭스는 투입속도 및 투입량을 조절할 수 있는 제어기를 설치하여 용탕청정도를 유지하면서 원하는 분율의 강화상이 고루 혼입될 수 있게 하였으며, 제조 장비에 대한 자세한 구성은 도 1에 도시된 바와 같다.
또한, 단순 투입을 통해서는 강화입자의 분산성 향상을 도모할 수 없기 때문에 도 2에 도시된 바와 같이 회전로터(20)는 임펠러 형상으로 이루어진다.
본 발명에 장착된 회전로터(20)의 임펠러 형상은 회전에 의해 U자형의 넓고 안정한 용탕(11) 표면을 형성시켜 가스, 기포의 혼입, 강화상 뭉침 등을 억제하여 건전한 복합재료의 제조가 가능하게 하였다.
도 1에 도시된 바와 같이, 용해로(10)는 용탕(11)에 알루미늄을 장입시키며, 상기 알루미늄을 용해시키기 위해 고온으로 가열되는 것이다.
회전로터(20)는 일부가 상기 용해로(10)의 용탕(11)에 삽입되는 것으로, 알루미늄 용해 완료 시 회전가능하게 구비된다.
투입량 조절장치(30)는 상기 회전로터(20)와 파이프를 통해 연결되며, 저장봄베(40)는 상기 투입량 조절장치(30)와 연결된다.
이때, 상기 회전로터(20)와 연동되는 회전로터 제어부(21)가 추가로 구비되도록 하여 상기 회전로터 제어부(21)를 통해 상기 회전로터(20)의 회전을 제어하도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 투입량 조절장치(30)는 강화상 투입량 조절장치(31), 플럭스 투입량 조절장치(32) 및 가스 투입량 조절장치(33)로 이루어지며, 상기 저장봄베(40)는 강화상 저장봄베(41), 플럭스 저장봄베(42) 및 가스 저장봄베(43)로 이루어진다.
이하, 본 발명의 실시예를 비교예와 함께 더욱 상세하게 설명하겠는바, 본 발명이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
실시예 및 비교예
본 발명의 실시예에 따른 사용합금은 알루미늄 휠 및 서스펜션 부품에 주로 사용되는 범용 AC4CH 알루미늄 합금이며, 첨가되는 강화상은 평균 입자사이즈 50㎛, 20Vol% SiC이다.
이때, 사용된 알루미늄 합금의 화학성분 및 SiC 입자의 물질특성은 아래의 표 1 및 표 2와 같다.
성분 Cu Si Mg Zn Fe Mn Ni Ti Pb Cr Al
AC4CH 0.2 6.5 0.2 0.1 0.2 0.1 0.05 0.2 0.05 0.05 Rem.
Max. ~7.5 ~0.45 Max. Max. Max. Max. Max. Max. Max.
분석품 0.009 6.8 0.25 0.72 0.078 0.068 0.013 0.18 - - Rem.
PROPERTY SiC
DENSITY(g/cm3, at 493K) 3.271
THERMAL CONDUCTIVYTY(W.m-1.at 493K) 83.7
THERMAL EXPANSION COEFFICIENT(um/m-K) 4.6(at 773K)
MODULUS OF ELASTICITY(GPa), in tension 468
MELTING POINT(K, equilibrium) 2500
상기 알루미늄 합금과 SiC 강화상을 이용하여 제조한 복합재료의 제조순서는 다음과 같다.
우선, AC4CH 알루미늄 잉곳(ingot, 주괴)을 750℃ 온도로 가열된 용해로(10)에 장입하여 용해시키되, 알루미늄 용탕(11)의 산화방지를 위해 용해로(10)는 단열덮개로 덮으며, 알루미늄 용해가 완료되면 회전로터(20)을 700RPM으로 회전시킨다.
이때, 회전로터(20)의 하단부는 블레이드 형태로 되어 있어서 회전 시 용탕(11)의 교반을 도우며 용탕(11)과 접촉하는 부분의 형상이 U자 형상이 되어 강화상 입자의 용탕(11)내 혼입을 돕는다.
또한, 회전로터(20)내에는 3개의 관이 들어가 있으며 각각의 관은 강화상 투입량 조절장치(31), 플럭스 투입량 조절장치(32) 및 가스 투입량 조절장치(33)를 포함하는 투입량 조절장치(30)와 연결되어 투입량 및 투입속도를 조절 할 수 있다.
한편, 상기 투입량 조절장치(30)는 강화상 저장봄베(41), 플럭스 저장봄베(42) 및 가스 저장봄베(43)로 이루어지는 저장봄베(40)와 연결되며 상기 투입량 조절장치(30)의 투입량에 대한 자세한 성분은 아래와 같다.
- SiC 투입량 : 20Vol%(평균입도 50㎛), 투입압력 : 2kgf/cm2
- 플럭스 투입량 : 15g/min
- 불활성 가스 투입량 : Ar, 주입량 : 100ml/min
제조에 사용된 플럭스 성분은 표 3과 같다.
성분 함량(wt%)
Na 15~20
Si 15~20
Ca 15~20
F 20~25
N 1이하
기타 20~30
수분 0.5이하
먼저, 강화상과 동시에 투입되는 플럭스와 가스는 용탕(11)내 존재하는 수소가스와 미세한 개재물들을 표면에 흡착하여 용탕(11) 표면으로 부유하며, 이로 인해 복합재료 제조와 동시에 용탕 청정처리를 수행할 수 있다.
또한, 강화상 투입이 완료되면 5분의 진정시간을 가진 후 회전로터(20)를 제거하고 복합화된 용탕(11)을 금형에 주입하여 제품을 제조한다. 이때 주입 용탕온도는 680℃, 금형예열온도는 200℃이다.
시험예
시험예로서, 상기한 실시예 빛 비교예(AC4CH 저압주조 알루미늄 휠 물성평가)에서 제조된 시편을 이용하여 상온에서의 인장 시험을 실시한 후 비교한 것으로, 인장시험은 기계식 인장시험기를 이용하였고 그 결과는 표 4와 같다.
알루미늄 복합재료 저압주조 휠
HARDNESS(HRE) 92.2 80
Ys(MPa) 193 175
UTS(MPa) 282 245
EI(%) 5.3 8.5
Yonng's modulus(Gpa) 92 73
상기 표 4에서 볼 수 있듯이, 실시예에 따라 얻어진 본 발명의 재료와 비교예에 따라 얻어진 기존의 재료를 비교한 결과, 본 발명을 통한 복합재료의 탄성계수가 20% 이상 향상되었음을 알 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 알루미늄 복합재료 제조 장비는 용탕에 알루미늄을 장입시키며, 상기 알루미늄을 용해시키기 위해 고온으로 가열되는 용해로와; 일부가 상기 용해로의 용탕에 삽입되어 알루미늄 용해 완료 시 회전되는 회전로터와; 상기 회전로터와 파이프를 통해 연결되는 투입량 조절장치와; 상기 투입량 조절장치와 연결되는 저장봄베로 구성되어 복합상의 건전한 혼입으로 인해 기존 합금에 비하여 탄성계수를 증가시키는 동시에 강도를 향상시켜 고강도 서스펜션 부품에 적용하는 것이 가능하게 하는데 탁월한 이점을 가진 발명인 것이다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10 : 용해로 11 : 용탕
20 : 회전로터 21 : 제어부
30 : 투입량 조절장치 31 : 강화상 투입량 조절장치
32 : 플럭스 투입량 조절장치 33 : 가스 투입량 조절장치
40 : 저장봄베 41 : 강화상 저장봄베
42 : 플럭스 저장봄베 43 : 가스 저장봄베

Claims (4)

  1. 용탕에 알루미늄을 장입시키며, 상기 알루미늄을 용해시키기 위해 고온으로 가열되는 용해로와;
    일부가 상기 용해로의 용탕에 삽입되어 알루미늄 용해 완료 시 회전되는 회전로터와;
    상기 회전로터와 파이프를 통해 연결되는 투입량 조절장치와;
    상기 투입량 조절장치와 연결되는 저장봄베로 구성되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 복합재료 제조 장비.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 회전로터와 연동되는 회전로터 제어부가 추가로 구비되도록 하여 상기 회전로터 제어부를 통해 상기 회전로터의 회전을 제어하게 되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 복합재료 제조 장비.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 투입량 조절장치는 강화상 투입량 조절장치, 플럭스 투입량 조절장치 및 가스 투입량 조절장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄 복합재료 제조 장비.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 저장봄베는 강화상 저장봄베, 플럭스 저장봄베 및 가스 저장봄베로 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄 복합재료 제조 장비.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08188839A (ja) * 1994-12-28 1996-07-23 Seihin Rin 強制通風による補強材料を混合した金属マトリクス複合物の製造方法
KR20000039375A (ko) * 1998-12-12 2000-07-05 이구택 쌍롤식 연속박판 주조설비의 탕면 밀봉장치 및 방법
KR100316341B1 (ko) * 1999-04-23 2001-12-12 황해웅 금속기지 복합재료의 제조장치 및 방법
JP2007119855A (ja) * 2005-10-28 2007-05-17 Showa Denko Kk アルミニウム合金溶湯の処理方法、処理装置、鍛造用アルミニウム合金鋳塊の鋳造方法、鍛造成型品及びアルミニウム合金鋳塊の鋳造設備

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08188839A (ja) * 1994-12-28 1996-07-23 Seihin Rin 強制通風による補強材料を混合した金属マトリクス複合物の製造方法
KR20000039375A (ko) * 1998-12-12 2000-07-05 이구택 쌍롤식 연속박판 주조설비의 탕면 밀봉장치 및 방법
KR100316341B1 (ko) * 1999-04-23 2001-12-12 황해웅 금속기지 복합재료의 제조장치 및 방법
JP2007119855A (ja) * 2005-10-28 2007-05-17 Showa Denko Kk アルミニウム合金溶湯の処理方法、処理装置、鍛造用アルミニウム合金鋳塊の鋳造方法、鍛造成型品及びアルミニウム合金鋳塊の鋳造設備

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