KR20130098939A - 매우 미세한 공정층상조직을 갖는 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

매우 미세한 공정층상조직을 갖는 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상게하게는 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물은 알루미늄, 아연, 구리, 규소 및 철로 이루어지며, 그 제조방법은 알루미늄, 아연, 구리, 규소 및 철을 혼합하여 혼합물을 제조하는 혼합물제조단계, 전술한 혼합물제조단계를 통해 제조된 혼합물을 전기로에서 용해한 후에 잉곳으로 제조하는 제1용해단계, 전술한 제1용해단계를 거쳐 제조된 잉곳을 재용해하여 다이캐스팅 머신의 슬리브에 주입하는 제2용해단계 및 전술한 제2용해단계를 거쳐 다이캐스팅 머신의 슬리브에 주입된 용해물을 사출하는 사출단계로 이루어진다.

Description

매우 미세한 공정층상조직을 갖는 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물 및 그 제조방법 {ALUMINIUM -ZINC DIECASTING ALLOY COMPOSITION AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}
본 발명은 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 후처리 가공의 필요성이 없으며, 고강도 및 고연신율을 나타내는 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 후처리 가공의 필요성이 없으며, 고강도 및 고연신율을 나타내는 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
고압주조(High Pressure Die Casting) 공법은 슬리브에 용탕을 공급한 후 고속, 고압으로 금형 내부로 주입하여 주조하는 공법으로, 다른 주조 공법에 비하여 제품의 생산주기가 매우 짧아 대량생산에 적합하고, 두께가 얇고 형상이 복잡한 제품을 정밀하게 주조할 수 있다. 또한 빠른 응고속도 및 사출압력에 의해 결정립이 미세화 되므로 제품의 기계적 성질이 우수한 장점이 있다.
보온로에서 슬리브 내로 용탕이 우선 이송되어 사출되므로 비교적 저온의 비철금속재료인 알루미늄, 아연, 마그네슘합금 등을 이용한 부품 제조에 다이캐스팅공법이 주로 사용되고 있는데, 그 중에서도 현재 다이캐스팅용 합금으로는 알루미늄합금이 주류를 이루고 있으며, 알루미늄 다이캐스팅 부품에 적용되고 있는 알루미늄 합금으로는 ADC 3, ADC 10, ADC 12 등의 Al-Si 합금계와 ADC 5 혹은 ADC 6 등의 Al-Mg 합금계가 사용되고 있다.
그러나, 전술한 바와 같은 종래에 다이캐스팅용 알루미늄 합금의 인장강도 수준은 300MPa 이상을 상회하지 못하기 때문에 고강도를 요구하는 알루미늄 부품설계 및 적용에 한계성을 갖는 문제점이 있었다.
전술한 문제점을 해결하기 위해 종래에 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 고강도의 기계적 특성을 구현하기 위해 후처리 공정인 시효 경화 열처리가 필수적인데, 이러한 시효 경화 열처리 공정의 추가로 인해 다이캐스팅용 알루미늄 합금의 생산성이 저하되고, 제조비용이 상승하게 되는 문제점이 있었다.
또한, 성형품에 잔존하는 기공으로 인해 주조 후 열처리시에 성형품이 수축되어 가공성 및 치수안정성이 저하되는 문제점이 있었다.
한국특허공개 10-2011-0098727
[비특허문헌 1] J. Das, K. B. Kim, F. Baier, W. Loser, A. Gebert, and J. Eckert, J. Alloy. Compd. 434, 28 (2007). [비특허문헌 2] L. C. Zhang, J. Das, H. B. Lu, C. Duhamel, M. Calin, and J. Eckert, Scr. Mater. 57, 101 (2007)
본 발명의 목적은 후처리 가공 없이, 고강도 및 고 연신률을 나타내는 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 수축공의 발생 확률이 낮아 치수안정성이 우수한 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 ALDC 합금계와 비교하여 용융온도가 최대 40℃ 낮아 고압주조에 용이하며, 융점이 낮아 금형의 수명을 향상시키고, 알루미늄합금계와 비교하여 치수정밀도가 우수한 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 알루미늄, 아연, 구리, 규소, 철 및 티타늄으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물을 제공함에 의해 달성된다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물은 알루미늄 50.05 내지 76.65 중량부, 아연 40 내지 45 중량부, 구리 2.5 내지 4.1 중량부, 규소 0.3 내지 0.6 중량부, 철 0.1 내지 0.4 중량부 및 티타늄 0.15 중량부로 이루어지는 것으로 한다.
또한, 본 발명의 목적은 알루미늄, 아연, 구리, 규소, 철 및 티타늄을 혼합하여 혼합물을 제조하는 혼합물제조단계, 상기 혼합물제조단계를 통해 제조된 혼합물을 전기로에서 용해한 후에 잉곳으로 제조하는 제1용해단계, 상기 제1용해단계를 거쳐 제조된 잉곳을 재용해하여 다이캐스팅 머신의 슬리브에 주입하는 제2용해단계 및 상기 제2용해단계를 거쳐 다이캐스팅 머신의 슬리브에 주입된 용해물을 사출하는 사출단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물의 제조방법을 제공함에 의해서도 달성될 수 있다.이 부분에 추가 될 단계적 구성요소가 있습니다. 슬리브에 용탕을 주입하기 이전에 용탕의 온도를 많이 저하시켜 슬리브에 주입하는 단계로 본 합금의 경우 고액공존구간(약 160도)의 크기가 통상의 주조합금에 비하여 매우 크므로 용탕의 온도를 저하 유지시켜 슬리브에 주입할 수 있습니다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 혼합물제조단계는 알루미늄 50.05 내지 76.65 중량부, 아연 40 내지 45 중량부, 구리 2.5 내지 4.1 중량부, 규소 0.3 내지 0.6 중량부, 철 0.1 내지 0.4 중량부 및 티타늄 0.15 중량부를 혼합하여 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 제1용해단계는 730 내지 780℃의 온도에서 이루어지며, 상기 제2용해단계는 650 내지 700℃의 온도에서 이루어지는 것으로 한다. 더욱이 용해이후 약 640로 온도를 저하 시켜도 개발 합금의 유동성이 매우 우수하여 금형사출이 용이하다. 이러한 결과는 금형수명을 상당히 연장하는 효과가 있음을 언급한다.
본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 사출단계는 0.4 내지 1.2m/s의 속도와, 115kg/cm2의 압력으로 진행되는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 사출단계는 상기 다이캐스팅 머신에 구비된 금형의 온도를 150℃의 온도로 예열한 후에 이루어지는 것으로 한다.
본 발명에 따른 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물 및 그 제조방법은 후처리 가공 없이, 고강도 및 고연신률을 나타내는 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물을 제공하는 탁월한 효과를 나타낸다. 지금까지 보고된 알루미늄 주조용 합금 중 가장 높은 항복강도, 인장강도 및 신율의 탁월한 기계적 특성을 나타낸다. 또한 본 합금계가 편정반응(monotectic)의 독특한 합금반응으로 인하여 매우 미세한 조직학적 특성을 나타내어 그결과 Al-Zn공정층상간격이 약 150nm이하를 나타내며 이는 아직까지 다이캐스팅 알루미늄합금으로 보고되지 않은 특징이 있다.
또한, 수축공의 발생 확률이 낮아 치수안정성이 우수한 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물을 제공하는 탁월한 효과를 나타낸다.
또한, ALDC 합금계와 비교하여 용융온도가 최대 40℃ 낮아 고압주조에 용이하며, 융점이 낮아 금형의 수명을 향상시키고, 알루미늄합금계와 비교하여 치수정밀도가 우수한 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물을 제공하는 탁월한 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 비교예 1 내지 2 및 실시예 1 내지 2를 통해 제조된 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물을 열분석하여 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 비교예 1 내지 2 및 실시예 1 내지 2를 통해 제조된 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물의 미세조직을 고분해능 주사현미경(FE-SEM)과 연계된 에너지분산 X-선 분광법으로 촬영하여 나타낸 사진이다.
도 4는 실시예 2를 통해 제조된 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물의 미세조직을 주사현미경(SEM)으로 촬영하여 나타낸 사진이다.
도 5는 비교예 1 내지 3 및 실시예 1 내지 2를 통해 제조된 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금의 인장강도를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 6은 비교예 1 내지 2 및 실시예 1 내지 2를 통해 제조된 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물의 아연 함량에 따른 결정립의 크기 및 결정립의 모양과 구상화 정도를 나타낸 그래프이다.
도 7은 비교예 1 내지 2 및 실시예 1 내지 2를 통해 제조된 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물의 아연 함량에 따른 DSC곡선이다.
이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
본 발명에 따른 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물은 알루미늄, 아연, 구리, 규소, 철 및 티타늄으로 이루어지며, 알루미늄 50.05 내지 76.65 중량부, 아연 40 내지 45 중량부, 구리 2.5 내지 4.1 중량부, 규소 0.3 내지 0.6 중량부, 철 0.1 내지 0.4 중량부 및 티타늄 0.15 중량부로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.
전술한 아연 40 내지 45 중량부가 함유되는데, 아연은 수축공(Shrinkage Cavity)의 발생률이 낮고, 치수정밀도가 높으며, 독특한 편정반응을 하여 매우 미세한 조직학적 특성을 수반하며 이러한 아연이 합금된 알루미늄 조성물은 고강도 및 고연신율을 나타낸다.
또한, 전술한 구리는 2.5 내지 4.1 중량부가 투입되며, 본 발명에 따른 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물의 강도 및 경도를 향상시키는 역할을 한다.
또한, 전술한 규소는 0.3 내지 0.6 중량부가 투입되며, 본 발명에 따른 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물의 용탕시 유동성을 향상시키는 역할을 한다.
또한, 전술한 철은 0.1 내지 0.4 중량부가 투입되며, 본 발명에 따른 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물이 다이캐스팅 과정에서 금형에 달라붙는 것을 억제하는 역할을 한다.
또한, 전술한 티타늄은 0.15 중량부가 투입되며, 본 발명에 따른 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물의 결정립을 미세화 시키는 역할을 한다.
이때, 전술한 알루미늄, 아연, 구리, 철, 규소 및 티타늄은 순도가 99%인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물의 제조방법은 알루미늄, 아연, 구리, 규소, 철 및 티타늄을 혼합하여 혼합물을 제조하는 혼합물제조단계(S101), 전술한 혼합물제조단계(S101)를 통해 제조된 혼합물을 전기로에서 용해한 후에 잉곳으로 제조하는 제1용해단계(S103), 전술한 제1용해단계(S103)를 거쳐 제조된 잉곳을 재용해하여 다이캐스팅 머신의 슬리브에 주입하는 제2용해단계 (S105)및 전술한 제2용해단계(S105)를 거쳐 다이캐스팅 머신의 슬리브에 주입된 용해물을 사출하는 사출단계(S107)로 이루어진다.
전술한 혼합물제조단계(S101)는 알루미늄, 아연, 구리, 규소, 철 및 티타늄을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계로, 알루미늄 50.05 내지 76.65 중량부, 아연 40 내지 45 중량부, 구리 2.5 내지 4.1 중량부, 규소 0.3 내지 0.6 중량부, 철 0.1 내지 0.4 중량부 및 티타늄 0.15 중량부를 혼합하여 이루어지는 것이 바람직하다.
전술한 제1용해단계(S103)는 전술한 혼합물제조단계(S101)를 통해 제조된 혼합물을 전기로에서 용해한 후에 잉곳(Ingot)으로 제조하는 단계로, 전술한 혼합물제조단계(S101)를 통해 제조된 혼합물을 전기로에서 730 내지 780℃의 온도로 가열하여 용해한 후에 냉각하여 잉곳으로 제조하는 단계다.
전술한 제2용해단계(S105)는 전술한 제1용해단계(S103)를 거쳐 제조된 잉곳을 재용해하여 다이캐스팅 머신의 슬리브에 주입하는 단계로, 전술한 제1용해단계를(S103) 거쳐 제조된 잉곳을 680도 이하의 온도로 가열하여 재용해 한 후에 다이캐스팅 머신의 슬리브에 주입하는 단계다.
제조된 합금은 약 680에서도 충분히 완전한 용해가 되므로 슬리브 주입온도 또한 680이하에서 작업을 실시하였으며, 이러한 결과는 용해에 필요한 에너지를 절감할 수 있는 부분이다. 또한 용탕의 온도를 낮게 하여 작업할 경우 다이캐스팅 금형, 슬리브 및 사출장치의 수명을 늘릴 수 있는 장점이 있다.
이때, 전술한 다이캐스팅 머신은 TOYO사에서 제조한 650Ton 급을 사용하는 것이 바람직하다.
전술한 사출단계(S107)는 전술한 제2용해단계(S105)를 거쳐 다이캐스팅 머신의 슬리브에 주입된 용해물을 사출하는 단계로, 전술한 제2용해단계(S105)를 거쳐 다이캐스팅 머신의 슬리브에 주입된 용해물을 0.4 내지 1.2m/s의 속도와, 115kg/cm2의 압력으로 사출하여 이루어지는데, 저속구간에서는 0.4m/s의 속도로 사출과정을 진행하며, 고속구간에서는 1.2m/s의 속도로 사출과정을 진행하는 것이 바람직하다.
또한, 금형은 4 cavity(2개는 인장시편, 2개는 충격시험시편)이며, 금형의 재질은 SKD 61 종인 것을 사용하였다.
이때, 사출품의 정확한 성형을 위해 온조기를 이용하여 상기 다이캐스팅 머신에 구비된 금형의 온도를 150℃로 예열한 후에 사출단계(S107)가 진행되는 것이 바람직하다.
전술한 금형으로 사출이 완료된 용해물은 2.5℃/sec의 균일한 냉각속도를 통해 상온으로 냉각한다.
전술한 혼합물제조단계(S101), 제1용해단계(S103), 제2용해단계(S105) 및 사출단계(S107)를 거치면, 후처리 가공 없이, 고강도 및 고연신률을 나타내며, 수축공의 발생 확률이 낮아 치수안정성이 우수하고, ALDC 합금계와 비교하여 용융온도가 최대 40℃ 낮아 고압주조에 용이하며, 융점이 낮아 금형의 수명을 향상시키고, 알루미늄합금계와 비교하여 치수정밀도가 우수한 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물이 제공된다.
이하에서는, 본 발명에 따른 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물의 제조방법 및 그 제조방법을 통해 제조된 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물의 물성을 실시예를 들어 설명한다.
<비교예 1>
알루미늄 76.65 중량부, 아연 20 중량부, 구리 2.5 중량부, 규소 0.4 중량부, 철 0.3 중량부 및 티타늄 0.15 중량부를 혼합하여 혼합물을 제조하고, 제조된 혼합물을 전기로에서 740℃의 온도로 용해한 후에 냉각하여 잉곳으로 제조하고, 잉곳을 다시 680℃의 온도로 가열하여 재용해한 후에 다이캐스팅 머신의 슬리부에 주입하고, 150℃의 온도로 예열된 금형에 0.4 내지 1.2m/s의 속도와, 115kg/cm2의 압력으로 각각 사출하여 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물을 제조하였다.
<비교예 2>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 알루미늄 66.65 중량부 아연 30 중량부, 구리 2.5 중량부, 규소 0.4 중량부, 철 0.3 중량부 및 티타늄 0.15 중량부를 혼합하여 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물을 제조하였다.
<실시예 1>
상기 비교예 1과 동일하게 진행하되, 알루미늄 56.65 중량부 아연 40 중량부, 구리 2.5 중량부, 규소 0.4 중량부, 철 0.3 중량부 및 티타늄 0.15 중량부를 혼합하여 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물을 제조하였다.
<실시예 2>
상기 비교예 1과 동일하게 진행하되, 알루미늄 51.65 중량부 아연 45 중량부, 구리 2.5 중량부, 규소 0.4 중량부, 철 0.3 중량부 및 티타늄 0.15 중량부를 혼합하여 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물을 제조하였다.
<비교예 3>
Al-Si-Cu계 합금인 ALDC12 합금.
전술한 비교예 1 내지 2 및 실시예 1 내지 2를 통해 제조된 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물의 용융점 및 과냉 그리고 상변화 등을 알아보기 위하여 열분석하여 아래 도 2에 나타내었다.
다이캐스팅공정 시 합금의 용융점은 제품의 성형 및 공정조건 수립에 있어 매우 중요한 요소이며, 용융점이 낮은 합금계 일수록 금형에의 충진성 및 유동성이 우수해지고 금형수명 또한 길어진다. 따라서 본 합금계의 용융점 및 과냉 그리고 상변화 등을 알아보기 위하여 열분석하였다. 아래 도 2는 Al-Zn 20~40wt% 합금을2.5℃/sec의 동일한 냉각속도로 응고시켜 얻은 냉각곡선 결과이다. 아연의 첨가량에 따른 과냉 및 이와 관련된 온도변화를 관찰하기 위해 600℃ 부근을 확대하여 도 2에 삽입하여 나타내었다. 삽입된 그림에서 확인할 수 있듯이 아연첨가량이 증가함에 따라 합금의 용융점이 크게 감소하여 Zn 45wt%의 경우 매우 낮은 용융점을 나타내고 있다. 그러나 과냉에 관계된 곡선의 변화는 관찰되지 않았으며, 200~300℃사이의 온도에서 미세한 상변화가 관찰되었다. 이는 Al4Cu3Zn(T')의 3원계 금속간 화합물의 변태 및 Al-Zn(α+η)의 공석반응에 의한 것으로 판단된다.
또한, 전술한 비교예 1, 비교예 2 및 실시예 1 내지 2를 통해 제조된 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물의 미세조직을 관찰하여 아래 도 3에 나타내었다.
{단, 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물의 미세조직을 관찰하기 위해 합금 조성물의 중앙부를 절단 및 경면 연마한 후 3%HF 수용액을 이용하여 etching 한 후 광학현미경(Optical microscope, Lieca DM ILM) 및 주사현미경(FE-SEM, Supra 40, Carl Zeiss)을 이용하여 주조 시편의 미세조직을 관찰하였다. 관찰된 상의 조성분석은 고분해능 주사현미경(FE-SEM)과 연계된 에너지분산 X-선 분광법(EDS)을 이용하였다.}
아래 도 3은 광학현미경으로 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물의 미세조직으로서, 개발된 Al-Zn계 합금은 아연의 첨가량이 증가할수록 α상은 미세화 되었다고 판단된다. 다이캐스팅의 경우 비교적 빠른 냉각속도에 의해서 조직이 미세화된다. 아연의 첨가량이 45중량부로 높은 합금의 경우 α상과 α상의 사이의 계면이 크게 증가하여 상대적으로 α상이 미세화되었다고 판단되며 비교적 아연의 첨가량이 적은 합금의 미세구조와 비교했을 경우 이를 확연하게 알 수 있다. 그림에서 알 수 있듯이 흰색으로 나타난 α상은 분율이 가장 크며, α상 주위는 α+η, α상과 α상 사이에 존재하는 조직은 Zn-rich(η)상으로 존재하는 것으로 판단되었다.
아래 도 4은 도 3에 나타낸 실시예 2 시편을 대표적인 시편으로 선택한 후 주사현미경(SEM)을 이용하여 분석한 결과이다. (a)의 검은 부분은 α상, α상과 α상 사이의 회색부분은 α+η의 공정반응상, 비교적 흰색으로 나타난 부분은 공석반응상으로 관찰되었다. (b)는 그림(a)의 흰 부분을 확대하여 나타낸 그림으로 3가지 정도의 상을 나타내고 있음을 알 수 있다. 그림 (c)는 그림(b)의 α+η부분을 확대하여 나타낸 그림으로 매우 미세한 공정조직을 나타내었으며, 이러한 공정조직을 관찰한 결과 층간간격이 100nm이하를 나타내었으며, 일반적으로 현재까지 알려진 미세한 공정의 층간간격이 160 내지 500nm 임을 고려한다면 관찰된 공정조직은 종전의 공정의 층간격보다 미세한 것을 알 수 있다.
또한, 전술한 비교예 1 내지 2 및 실시예 1 내지 2를 통해 제조된 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 및 종래에 ALDC12의 인장강도를 측정하여 아래 표 1 및 도 5에 나타내었다.
본 연구에서 개발한 합금은 매우 미세한 크기의 결정립과 α+η의 공정층상조직을 나타내므로 기계적 특성 또한 매우 우수할 것으로 판단되어 인장시험을 실시하였으며, 아래 표 1 및 도 5에 나타낸 것처럼 아연의 첨가량이 가장 적은 그래프 비교예 1의 경우 대표적인 다이캐스팅 재료인 ALDC12와 비교하여 비슷한 인장강도 값을 나타내었으며, 연신율은 ALDC12와 비교하여 높은 값을 나타내었다. 비교예 2, 실시예 1 및 비교예 3인 봉상의 인장 시편으로부터 얻은 최대 인장강도, 항복강도 및 연신율은 아래 표 1에 나타내었다.
<표1>
Figure pat00001
위에 표 1에 나타낸 것처럼 아연의 첨가량이 증가할수록 합금의 기계적 특성은 향상되었다. 이는 합금의 조직이 아연의 첨가에 의하여 α상이 미세화되었을 뿐만 아니라 공정 및 공석반응에 의하여 증가된α+η계면이 복잡한 미세 구조를 형성 함으로써 개발된 합금의 기계적 특성이 향상되었다고 판단된다. 또한 본 합금의 경우 광학현미경사진에서 관찰할 수 있듯이 α상 주위에 복잡한 미세구조가 둘러싸고 존재하고 있으며, 그 결과 외부 응력의 인가 시 전위의 이동을 억제하여 결과적으로 개발된 합금은 높은 강도의 기계적 특성을 나타내었다고 판단된다. 지금까지 연구 결과로부터 제조된 합금은 기존의 다이캐스팅주조법에 의해 제조된 알루미늄 기지 합금에 비해 매우 우수한 인장강도 및 연신율의 기계적 특성을 나타내었다. 개발된Al-Zn계 합금의 우수한 기계적 특성은 매우 미세한 크기의 α상과 α+η공정조직 등의 복합 미세조직의 존재가 그 원인인 것으로 판단되며, 기존알루미늄 주조합금에 비하여 매우 높은 기계적 특성을 나타낼 뿐만 아니라, 상용합금인 ZA27합금에 비해서도 높은 기계적 특성을 나타낸다. 본 합금이 나타내는 우수한 기계적 특성은 고강도화법으로 이용되는 용탕주조법을 통하여 나타낸 기계적 특성보다 월등히 우수한 특성을 나타냄을 주장한다. 이와함께 본 합금이 나타내는 신율은 통상의 Al다이캐스팅 합금이 나타내는 값보다 매우 높음을 주장한다.
또, 도 6에 비교예 1 내지 2 및 실시예 1 내지 2의 아연 함량에 따른 결정립의 크기 및 결정립의 모양과 구상화 정도를 그래프로 나타내었다. 도 6에서 알 수 있듯이 기존의 발명과 특허에서 보여주지 못한 미세한 내부조직을 나타내었으며, 아연의 첨가량이 증가할수록 조직의 형상이 수지상에서 등축정으로 구상화 되고 있음을 알 수 있다. 아연의 함유량이 40, 45wt조직에서 매우 미세한 공정층상조직을 나타내었음을 관찰할 수 있는데 이의 크기는 기존의 논문과 발명에서(기존의 합금은 약 150-500 나노미터 크기의 층상조직) 발견되지 않은 매우 미세한 공정층상조직 약 100나노미터 이하의 크기를 나타내어 기존의 발명과 특허에서 보여주지 못한 합금의 진보성을 나타내고 있다(알루미늄 및 아연합금의 미세조직에서 보고되지 않은 매우 미세한 공정층상조직을 나타내며 일반적인 주조조직에서는 발견되지 않은 정도의 공정층상간격을 나타낸다). 현재까지 알려진 미세한 공정의 층간 간격이 160~500 nm임을 고려할 때 [비특허문헌 1, 2 참조], 본 발명에서 제조한 합금에 존재하는 공정상은 매우 미세한 것을 알 수 있다.
도 7은 비교예 1 내지 2 및 실시예 1 내지 2를 통해 제조된 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물의 아연 함량에 따른 DSC곡선이다.
도 7에서 알 수 있듯이 DSC곡선에서 비교적 고온부는 그림에서 알 수 있듯이 아연의 첨가량이 증가할수록 주 피크의 최대변곡점의 온도가 저하하는 것을 알 수 있다. 이러한 결과는 아연의 첨가로 인한 합금의 용융점이 낮아지는 것을 나타낸다. 따라서 결과적으로 다이캐스팅 금형의 수명을 늘일 수 있는 장점이 있다.
S101 ; 혼합물제조단계
S103 ; 제1용해단계
S105 ; 제2용해단계
S107 ; 사출단계

Claims (5)

  1. 알루미늄 50.05 내지 76.65 중량부, 아연 40 내지 45 중량부, 구리 2.5 내지 4.1 중량부, 규소 0.3 내지 0.6 중량부, 철 0.1 내지 0.4 중량부 및 티타늄 0.15 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물.
  2. 알루미늄 50.05 내지 76.65 중량부, 아연 40 내지 45 중량부, 구리 2.5 내지 4.1 중량부, 규소 0.3 내지 0.6 중량부, 철 0.1 내지 0.4 중량부 및 티타늄 0.15 중량부를 혼합하여 혼합물을 제조하는 혼합물제조단계;
    상기 혼합물제조단계를 통해 제조된 혼합물을 전기로에서 용해한 후에 잉곳으로 제조하는 제1용해단계;
    상기 제1용해단계를 거쳐 제조된 잉곳을 재용해하여 다이캐스팅 머신의 슬리브에 주입하는 제2용해단계; 및
    상기 제2용해단계를 거쳐 다이캐스팅 머신의 슬리브에 주입된 용해물을 사출하는 사출단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물의 제조방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1용해단계는 730 내지 780℃의 온도에서 이루어지며, 상기 제2용해단계는 680℃ 이하의 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물의 제조방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 사출단계는 0.4 내지 1.2m/s의 속도와, 115kg/cm2의 압력으로 진행되는 것을 특징으로 하는 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물의 제조방법.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 사출단계는 상기 다이캐스팅 머신에 구비된 금형의 온도를 150℃의 온도로 예열한 후에 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물의 제조방법.
KR1020130022353A 2012-02-28 2013-02-28 매우 미세한 공정층상조직을 갖는 알루미늄-아연 다이캐스팅 합금 조성물 및 그 제조방법 KR20130098939A (ko)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101984707B1 (ko) * 2018-09-21 2019-05-31 주식회사 에스제이테크 내식성과 열전도도가 우수한 고강도 다이캐스팅용 알루미늄 합금과 이를 이용한 알루미늄 합금 주조품의 제조방법
KR101984710B1 (ko) * 2018-10-12 2019-05-31 주식회사 에스제이테크 내식성과 열전도도가 우수한 고강도 다이캐스팅용 알루미늄 합금
CN111719072A (zh) * 2020-07-28 2020-09-29 惠博新型材料有限公司 一种热浸镀用Zn-Al-Si-Mn-Bi-Ti-Ce合金及其使用方法

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