KR20120039170A - 다이캐스팅용 알루미늄합금 - Google Patents

다이캐스팅용 알루미늄합금 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다이캐스팅용 알루미늄 합금에 관한 것으로, 보다 상세하게는 Si 0.1 내지 0.6중량%, Fe 0.5 내지 1.5중량%, Ni 0.01 내지 0.1중량%, Mn 1.0 내지 3.0중량%, Mg 0.5 내지 1중량%, Zn 0.1 내지 0.5중량%, Co 2.0 내지 3.0중량%, Zr 1.0 내지 2.0중량%, Ti 0.3 내지 0.7중량% 및 알루미늄 80 내지 93중량%를 포함한 다이캐스팅용 알루미늄 합금에 관한 것으로, 본 발명에 따른 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 종래의 다이캐스팅용 알루미늄 합금과 달리 제품 성형 후 양극산화시 실리콘의 스머팅으로 인한 표면얼룩이 발생하지 않고 균일하고 미려한 색상의 구현을 가능케 할 뿐 아니라, 피막의 접착강도를 높일 수 있어 다이캐스팅 제품의 내구성을 증대시킬 수 있다.

Description

다이캐스팅용 알루미늄합금{ALUMINUM ALLOY FOR DIE CASTING}
본 발명은 다이캐스팅용 알루미늄합금에 관한 것으로, 보다 상세하게는 Si 0.1 내지 0.6중량%, Fe 0.5 내지 1.5중량%, Ni 0.01 내지 0.1중량%, Mn 1.0 내지 3.0중량%, Mg 0.5 내지 1중량%, Zn 0.1 내지 0.5중량%, Co 2.0 내지 3.0중량%, Zr 1.0 내지 2.0중량%, Ti 0.3 내지 0.7중량% 및 알루미늄 80 내지 94중량%를 포함한 다이캐스팅용 알루미늄 합금에 관한 것이다.
알루미늄 합금은 가벼우면서 강도가 우수하여 내구성 재료로 많이 사용된다. 특히, 최근에는 자동차 부품이나 휴대폰과 같은 전자 제품의 케이스로 많이 사용되고 있다.
통상 알루미늄으로 제품을 제조하기 위한 방법은 두 가지 정도가 있다. 첫 번째는 알루미늄 판재를 프레스 성형에 의하여 케이스를 형성하고, 케이스의 표면에 양극 산화 피막을 형성하면 장시간 사용하여도 손상되지 않고 미려한 색상의 표면을 갖는 케이스를 얻을 수 있다. 그러나 알루미늄 판재를 프레스 성형하여 케이스를 제조할 경우에는, 케이스 내부에 장착되는 부품을 위한 공간 확보와 보강을 위한 리브 및 나사 결합을 위한 보스의 형성이 어렵다는 단점이 있다. 또한, 프레스 가공에 의하여 성형할 수 없는 형상이 있기 때문에 케이스의 디자인이 제한적이라는 문제점도 있다.
또한, 전자 제품의 케이스를 알루미늄 합금으로 제조하는 방법으로 다이캐스팅 방법이 있다. 다이캐스팅 방법으로 케이스를 제조할 경우 케이스의 내부에 장착되는 부품의 안착을 위한 공간이나 나사 체결을 위한 보스 및 강도보강을 위한 리브의 성형이 용이하여, 케이스의 디자인을 자유롭게 할 수 있는 장점이 있다. 그러나 다이캐스팅용 알루미늄 합금의 경우 유동성의 부여를 위해 실리콘 등 여러가지 금속 또는 비금속 성분을 첨가하는데, 이러한 첨가물이 다이캐스팅 공정의 수행 중 합금 표면으로 부상하게 되는데, 이렇게 성형된 알루미늄 합금 케이스의 표면에 양극산화 피막을 형성하고 색상을 부여하면, 표면에 얼룩이 형성되어 미려한 표면을 얻을 수 없는 문제점이 있다. 따라서 다이캐스팅 방법으로 성형된 제품의 표면에 도장을 하기도 하나, 장기간 사용할 경우 도장된 표면이 벗겨지는 문제점이 있다.
따라서, 가볍고 내구성이 우수한 알루미늄합금으로 다양한 형상의 제품을 용이하게 성형하고, 동시에 제품의 표면에 균일한 양극산화피막을 형성하여 미려한 색상의 표면을 갖는 제품을 제공하기 위한 새로운 다이캐스팅용 알루미늄 합금의 개발이 요구된다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 알루미늄합금을 이용하여 원하는 형상과 양극산화피막 색상을 갖는 성형품과 그 성형품을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 Si 0.1 내지 0.6중량%, Fe 0.5 내지 1.5중량%, Ni 0.01 내지 0.1중량%, Mn 1.0 내지 3.0중량%, Mg 0.5 내지 1중량%, Zn 0.1 내지 0.5중량%, Co 2.0 내지 3.0중량%, Zr 1.0 내지 2.0중량%, Ti 0.3 내지 0.7중량% 및 알루미늄 80 내지 94중량%를 포함한 다이캐스팅용 알루미늄 합금을 제공한다.
또한, 본 발명은 Cu 및 Ag로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상을 0.5 내지 5 중량% 더 포함한 것을 특징으로 하는 다이캐스팅용 알루미늄 합금을 제공한다.
또한, 본 발명은 인장강도는 180 내지 250 MPa 범위인 것을 특징으로 하는 다이캐스팅용 알루미늄 합금을 제공한다.
본 발명에 따른 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 종래의 다이캐스팅용 알루미늄 합금과 달리 제품 성형 후 양극산화시 실리콘의 스머팅으로 인한 표면얼룩이 발생하지 않고 균일하고 미려한 색상의 구현을 가능케 할 뿐 아니라, 피막의 접착강도를 높일 수 있어 다이캐스팅 제품의 내구성을 증대시킬 수 있다.
도 1은 종래의 다이캐스팅용 알루미늄 합금 ALDC12를 적용한 양극산화 제품 및 도장제품 사진
도 2 는 본 발명에 따른 다이캐스팅용 알루미늄 합금을 이용하여 제조한 제품의 사진
도 3은 본 발명의 다이캐스팅용 알루미늄 합금의 제조과정을 설명하기 위한 공정흐름도
이하에서 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명한다.
본 발명의 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 Si 0.6중량% 이하, Fe 0.5 내지 1.5중량%, Ni 0.1중량% 이하, Mn 1.0 내지 3.0중량%, Mg 0.5 내지 1중량%, Zn 0.5중량% 이하, Co 2.0 내지 3.0중량%, Zr 1.0 내지 2.0중량%, Ti 0.3 내지 0.7중량% 및 알루미늄 80 내지 94중량%를 포함한다.
본 발명의 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 Si를 0.6중량% 이하로 포함한다. Si(실리콘)성분은 알루미늄 합금의 유동성을 향상시켜 성형성을 좋게 하며 강도를 증강하는 역할을 하며, 반면 양극화(anodizing)시 표면에 얼룩(smut)을 발생시켜 착색에 어려움이 있고 피막의 강도를 저하시킨다. 본 발명의 다이캐스팅용 알루미늄 합금에 있어서 상기 Si의 함량은 바람직하게는 전체 합금의 총중량을 기준으로 0.1 내지 0.6중량% 이하의 범위로 첨가되는 것이 바람직하다. Si 성분이 0.1중량% 미만이면 첨가의 효과가 미미하고, 반면 0.6중량%를 초과하는 경우에는 얼룩의 발생으로 착색성이 떨어지는 등의 문제가 있기 때문이다
또한, 본 발명의 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 Fe 0.5 내지 1.5중량%를 포함한다. Fe 성분은 본 발명의 다이캐스팅용 알루미늄 합금에서 금형에서의 점착성을 감소시키고 금형의 침식을 저하시키는 역할을 하며, 전체 합금의 총중량을 기준으로 0.5 내지 1.5중량% 범위로 첨가되는 것이 바람직하다. Fe 성분이 전체 합금의 총중량을 기준으로 0.5중량% 미만이면 금형에 알루미늄합금이 소착되는 문제가 있고, 반면 1.5중량%를 초과하는 경우에는 알루미늄 합금의 내식성 및 아노다이징성 저하하기 때문이다.
또한, 본 발명의 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 Ni 0.01 내지 0.1중량% 범위를 포함한다. Ni 성분은 조직을 미세화하여 인성을 증가시키는 역할을 하며, 바람직하게는 전체 합금의 총중량을 기준으로 0.1중량% 이하 범위로 첨가되는 것이 바람직하다. Ni성분의 함량이 0.01중량% 미만이면 첨가의 효과가 미미하고, 반면 0.1중량%를 초과하면 합금의 기계적 성질이 저하될 수 있다.
또한, 본 발명의 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 Mn 1 내지 3중량%를 포함한다. Mn 성분은 합금에서 Mn-Al6상을 석출시켜 고용강화현상과 미세석출물의 분산을 통해 합금의 기계적 성질을 향상시키는 역할을 하며, 바람직하게는 전체 합금의 총중량을 기준으로 1.0 내지 3.0중량% 범위로 첨가되는 것이 바람직하다. Mn 성분이 전체 합금의 총중량을 기준으로 1중량% 미만이면 상기 기계적 성질의 향상이 미미한 반면, 3.0중량%를 초과하는 경우에는 아노다이징 후 표면얼룩 현상이 발생하기 때문이다.
또한, 본 발명의 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 Co 2.0 내지 3.0중량%를 포함한다. Co 성분은 합금에서 양극산화 특성을 저해하지 않으면서도 합금의 강도를 높이고 알루미늄의 금형소착을 방지하며 기계적 성질을 향상시키는 역할을 하며, 바람직하게는 전체 합금의 총중량을 기준으로 2.0 내지 3.0중량% 범위로 첨가되는 것이 바람직하다. Co 성분이 전체 합금의 총중량을 기준으로 2.0중량% 미만이면 합금의 강도향상에 도움이 되지 않는 문제가 있고, 반면 3.0중량%를 초과하는 경우에는 아노다이징성을 저해하기 때문이다.
또한, 본 발명의 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 Mg 0.5 내지 1% 중량%를 포함한다. Mg 성분은 내식성 및 양극산화피막 형성을 용이하게 한다. 약 1%까지 첨가하면 강도가 증가한다. 반면 Mg 성분의 양이 증가하면 아노다이징 후 표면얼룩 등의 현상이 발생하므로, 바람직하게는 전체 합금 총 중량을 기준으로 0.5 내지 1.0중량% 범위로 첨가되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 Zn 0.1 내지 0.5% 중량%를 포함한다. Zn 성분은 기계적 성질을 향상시키는 역할을 하며, 바람직하게는 전체 합금 총중량을 기준으로 0.1 내지 0.5중량% 범위로 첨가되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 Zr 1.0 내지 2.0중량%를 포함한다. Zr 성분은 합금에서 양극산화가 가능하고 결정립 미세화 및 기계적 성질을 향상하는 역할을 하며, 바람직하게는 전체 합금의 총중량을 기준으로 1.0 내지 2.0중량% 범위로 첨가되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 Ti 0.1 내지 0.5중량% 이하를 포함한다. Ti 성분은 합금에서 결정립의 미세화 역할을 하며, 바람직하게는 전체 합금의 총중량을 기준으로 0.1 내지 0.5중량% 이하의 범위로 첨가되는 것이 바람직하다. Ti 성분의 함량이 0.1중량% 미만이면 첨가의 효과를 기대하기 어렵고, 반면 0.5중량%를 초과하는 경우에는 재료의 강도가 떨어지기 때문이다.
또한, 본 발명의 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 Cu 및 Ag로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상을 0.5 내지 5 중량% 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 일반적인 합금제조방법에 따라 제조될 수 있다. 즉, 순알루미늄을 용해하고 미리 제조한 모합금을 상기 순알루미늄 용탕에 투입하여 용해를 하고, 용탕 교반 및 탈가스처리를 한 후 알루미늄 합금 잉곳을 수득하는 방법으로 제조될 수 있다. 도 3은 본 발명의 다이캐스팅용 알루미늄 합금의 제조과정을 설명하기 위한 공정흐름도이다. 이렇게 제조된 본 발명의 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 인장강도가 180 내지 250 MPa 범위이고, 연신율은 9 내지 13% 범위이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
실시예 1(다이캐스팅용 알루미늄 합금의 제조)
본 발명의 다이캐스팅용 알루미늄 합금을 제조하기 위하여, Si 0.2중량%, Fe 1.3중량%, Ni 0.1중량% Mn 2중량%, Mg 1중량%, Zn 0.5중량%, Co 2.5중량%, Zr 1.5중량%, Ti 0.5 중량% 및 알루미늄 90.4중량%의 조성을 갖도록 미리 순알루미늄과 모합금을 준비하여 용탕에서 약 800℃ 의 온도에서 용해, 교반 및 탈가스처리를 한 후 안정화 과정을 거쳐 알루미늄 합금 잉곳을 얻었다.
실시예 2(제품 제조)
상기 실시예 1에서 제조한 다이캐스팅용 알루미늄 합금 잉곳을 다이케스팅용 용해로 용탕하고, 다이케스팅 후, 포밍, 트리밍, 바렐 및 아노다이징(에칭 - 중화 - 화학연마 - 중화 - 양극산화피막 - 중화 - 착색 - 시링 - 건조의 순서로 진행된다.)을 수행하여 컬러 아노다이징 제품을 제조하였다. 도 1은 종래의 다이캐스팅용 알루미늄 합금인 ALDC12 양극산화 제품 및 도장제품 사진이고, 도 2는 본 발명에 따른 다이캐스팅용 알루미늄 합금을 가지고 성형, 양극산화 및 착색을 한 제품 사진이다. 도 1 및 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 다이캐스팅용 알루미늄 합금을 가지고 성형, 양극산화 및 착색을 한 제품은 종래의 다이캐스팅용 알루미늄 합금과 달리 제품 성형 후 양극산화시 실리콘의 스머팅으로 인한 표면얼룩이 발생하지 않고 균일하고 미려한 색상의 구현을 가능케 할 뿐 아니라, 피막의 접착강도를 높일 수 있어 다이캐스팅 제품의 내구성을 증대시킬 수 있다.
앞에서 설명된 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사양을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

Claims (3)

  1. Si 0.1 내지 0.6중량% 이하, Fe 0.5 내지 1.5중량%, Ni 0.01 내지 0.1중량%, Mn 1.0 내지 3.0중량%, Mg 0.5 내지 1중량%, Zn 0.1 내지 0.5중량%, Co 2.0 내지 3.0중량%, Zr 1.0 내지 2.0중량%, Ti 0.3 내지 0.7중량% 및 알루미늄 80 내지 94중량%를 포함한 다이캐스팅용 알루미늄 합금.
  2. 제1항에 있어서,
    Cu 및 Ag 로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상을 0.5 내지 5중량% 더 포함한 것을 특징으로 하는 다이캐스팅용 알루미늄 합금.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다이캐스팅용 알루미늄 합금의 인장강도는 180 내지 250 MPa 범위인 것을 특징으로 하는 다이캐스팅용 알루미늄 합금.
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