KR20140018048A - 다이캐스팅용 알루미늄 실리콘 아연 합금 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 총 중량 대비 76.5%~77.5%의 알루미늄(Al), 총 중량 대비 3%~3.2%의 구리(Cu), 총 중량 대비 7.0%~7.5%의 실리콘(Si), 총 중량 대비 0.15%~0.2%의 마그네슘(Mg), 총 중량 대비 0.90%~11.10%의 아연(Zn), 총 중량 대비 0.9%~1%의 철(Fe), 총 중량 대비 0.15%~0.25%의 망간(Mn), 총 중량 대비 0.07% 이하의 니켈(Ni), 총 중량 대비 0.03% 이하의 주석(Sn) 및 총 중량 대비 0.05% 이하의 티타늄(Ti)으로 조성되는 다이캐스팅용 알루미늄 실리콘 아연 합금을 제공한다.

Description

다이캐스팅용 알루미늄 실리콘 아연 합금{ALUMIUM SILICON ZINC ALLOY FOR DIE-CASING}
본 발명은 다이캐스팅용 알루미늄 실리콘 아연 합금에 관한 것으로서, 특히, 충분한 주조성과 양호한 성형품질이 제공되면서도 얇고 가벼운 휴대용 전자기기용 내외장재를 주조할 수 있는 휴대용 전자기기용 고강도 다이캐스팅 알루미늄 실리콘 아연 합금에 관한 것이다.
휴대용 전자기기 내외장재(특히, 휴대폰 케이스 등)를 성형하기 위한 방법으로, 일반적으로 다이캐스팅이 널리 이용되고 있다. 다이캐스팅은 주조법의 하나로서, 주조형상에 완전히 일치하도록 정확하게 기계가공된 강제(鋼製)의 금형에 용해금속을 주입하여 금형과 똑같은 주물을 얻는 정밀주조법이다. 그 제품을 다이캐스트 주물이라고 한다. 이러한 다이캐스팅은 치수가 정확하므로 다듬질할 필요가 거의 없는 장점 외에 기계적 성질이 우수하며, 대량생산이 가능하다는 특징이 있다.
통상, 이러한 다이캐스팅에 적용되는 금속은 알루미늄 합금이다.
표 1은 종래의 다이캐스팅용 알루미늄 합금 조성 비율을 보여준다. 종래의 알루미늄 합금은 주조성, 인장 강도, 탄성 및 양산성 등을 고려해 알루미늄(Al)에 구리(Cu), 실리콘(Si), 철(Fe), 마그네슘(Mg), 아연(Zn) 등을 일부 첨가하고 있다.
　
Al
Cu
Si
Fe
Mg
Zn

1
84.2%~88.2%
2.0%~4.0%
7.5%~9.5%
1.0% 이하
0.3% 이하
1.0% 이하

2
82.7%~86.6%
1.5%~3.0%
9.6%~12.0%
1.0% 이하
0.3% 이하
1.0% 이하

3
77.0%~79.0%
4.0%~5.0%
14.5%~15.5%
1.0% 이하
0.5% 이하
1.0% 이하

4
91.77%~92.77%
0.05% 이하
6.5%~7.5%
0.3% 이하
0.35% 이하
0.03% 이하
표 1을 참조하면, 종래 다이캐스팅용 알루미늄 합금은, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 실리콘(Si), 철(Fe), 마그네슘(Mg), 아연(Zn)으로 구성된다.
특히, 종래 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 알루미늄(Al) 82% ~ 93%에 구리(Cu), 실리콘(Si), 철(Fe), 마그네슘(Mg), 아연(Zn) 등을 각각 미미하게(0.3~16%) 첨가시키고 있음을 알 수 있다.
이러한 종래 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 연성의 특성을 갖는 알루미늄(Al)이 차지하는 비중이 82% ~ 93%나 클 뿐 아니라, 인장 강도 및 탄성의 보강을 위해 첨가되는 합금재료의 종류가 구리(Cu), 실리콘(Si), 철(Fe), 마그네슘(Mg), 아연(Zn)으로 한정되어 있으며, 그 함량이 소량만 투입됨에 따라 연성은 높고 인장 강도가 비교적 약한 재질적 특징을 가진다.
따라서, 상기 종래의 다이캐스팅용 합금은 어느 정도의 탄성이나 인장 강도만 갖추면 되는 일반적인 제품의 생산 시에는 별다른 문제점이 없다. 하지만, 최근 고부가가치 산업의 분야로 자리 잡은 휴대용 전자기기(예;모바일 폰)는 점차 소형화 되어 가고 있는 실정이고, 이러한 방편의 하나로 휴대용 전자기기에 설치되는 내외장재의 두께를 점점 얇게 하고 있다. 결국, 종래의 다이캐스팅 합금은 이러한 휴대용 전자기기의 내외장재에 요구되는 높은 인장 강도와 탄성을 부여할 수 없고, 따라서, 제품 생산과 성능 및 품질의 향상에 한계가 있을 수밖에 없다.
본 발명은 다이캐스팅용 알루미늄 실리콘 아연 합금(Alumium Silicon Zinc alloy: Al-Si-Zn alloy)을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 우수한 주조성을 가지는 다이캐스팅용 알루미늄 실리콘 아연 합금을 제공하는데 있다.
더욱이, 본 발명은 높은 인장 강도와 탄성을 가지는 주물을 위한 다이캐스팅용 알루미늄 실리콘 아연 합금을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 도장, 도금 등의 표면 처리에 대하여 양호한 후처리성을 가지는 주물을 위한 다이캐스팅용 알루미늄 실리콘 아연 합금을 제공하는데 있다.
더욱이, 본 발명은 휴대용 전자기기의 내외장재를 위한 다이캐스팅용 알루미늄 실리콘 아연 합금을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 기존 상용화된 합금 원소를 사용하여, 우수한 주조성을 가지게 하며, 내외장에 요구되는 높은 인장 강도 및 탄성을 가지게 하는 다이캐스팅용 알루미늄 실리콘 아연 합금, 그 조성 재료 및 그 조성비를 제공하는데 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여 안출된 제1견지로서, 본 발명은 총 중량 대비 76.5%~77.5%의 알루미늄(Al), 총 중량 대비 3%~3.2%의 구리(Cu), 총 중량 대비 7.0%~7.5%의 실리콘(Si), 총 중량 대비 0.15%~0.2%의 마그네슘(Mg), 총 중량 대비 0.90%~11.10%의 아연(Zn), 총 중량 대비 0.9%~1%의 철(Fe), 총 중량 대비 0.15%~0.25%의 망간(Mn), 총 중량 대비 0.07% 이하의 니켈(Ni), 총 중량 대비 0.03% 이하의 주석(Sn) 및 총 중량 대비 0.05% 이하의 티타늄(Ti)으로 조성되는 다이캐스팅용 알루미늄 실리콘 아연 합금을 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 안출된 제2견지로서, 본 발명은 총 중량 대비 75%의 알루미늄(Al), 총 중량 대비 2.70%의 구리(Cu), 총 중량 대비 7.21%의 실리콘(Si), 총 중량 대비 0.09%의 마그네슘(Mg), 총 중량 대비 12.61%의 아연(Zn), 총 중량 대비 1.17%의 철(Fe), 총 중량 대비 0.45%의 망간(Mn), 총 중량 대비 0.45%의 니켈(Ni)로 조성되는 다이캐스팅용 알루미늄 실리콘 아연 합금을 제공한다.
상기 　과제를 해결하기 위하여 안출된 제3견지로서, 본 발명은 총 중량 대비 76.5%~77.5%의 알루미늄(Al), 총 중량 대비 3%~3.2%의 구리(Cu), 총 중량 대비 7.0%~7.5%의 실리콘(Si), 총 중량 대비 0.15%~0.2%의 마그네슘(Mg), 총 중량 대비 0.90%~11.10%의 아연(Zn), 총 중량 대비 0.9%~1%의 철(Fe), 총 중량 대비 0.15%~0.25%의 망간(Mn), 총 중량 대비 0.07% 이하의 니켈(Ni), 총 중량 대비 0.03% 이하의 주석(Sn) 및 총 중량 대비 0.05% 이하의 티타늄(Ti)으로 조성되는 알루미늄 실리콘 아연 합금을 제작하는 과정 및 상기 알루미늄 실리콘 아연 합금을 가지고 다이캐스팅을 통해 주물을 제작하는 과정을 포함하는 주조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 다이캐스팅용 알루미늄 실리콘 아연 합금(Alumium Silicon Zinc alloy: Al-Si-Zn alloy)은 주조성을 충분히 가지고 있어 원하는 형상의 주물(제품)을 용이하게 다이캐스팅할 수 있게 한다.
또한, 본 발명에 따른 다이캐스팅용 알루미늄 실리콘 아연 합금은 우수한 인장 강도와 탄성을 가지고, 이러한 합금을 가지고 다이캐스팅을 통해 만들어진 제품 또한 우수한 인장 강도와 탄성을 가지게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 다이캐스팅 주조용 알루미늄 합금은 휴대용 전자기기에 설치되는 두께가 얇고 고강도를 갖춰야 하는 내외장재를 위한 다이캐스팅에 쓰인다.
더욱이, 본 발명에 따른 다이캐스팅용 알루미늄 실리콘 아연 합금을 가지고 다이캐스팅을 통해 만들어진 제품은 양호한 후처리성 가지고 있어 도금, 도장 등의 표면 처리를 용이하게 한다.
도 1은 본 발명에 따른 알루미늄 실리콘 아연 합금을 가지고 다이캐스팅을 통하여 만들어진 외장재를 갖춘 휴대용 전자기기를 보여주는 도면;
도 2는 본 발명에 따른 다이캐스팅의 절차의 개념도;
도 3은 본 발명에 따른 알루미늄 실리콘 아연 합금으로 제작한 시편과 종래의 합금으로 제작한 시편의 인장 강도 특성을 보여주는 그래프; 및
도 4는 본 발명에 따른 알루미늄 실리콘 아연 합금으로 다이캐스팅을 통해 제작한 주물과 종래의 합금으로 다이캐스팅을 통해 제작한 주물을 보여주는 도면.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명은 다이캐스팅용 합금, 특히, 알루미늄 실리콘 아연 합금(Alumium Silicon Zinc alloy: Al-Si-Zn alloy), 그 조성 재료 및 그 조성비를 제공한다.
본 발명에 따른 알루미늄 실리콘 아연 합금은 주조성을 충분히 가지고 있어 원하는 형상의 주물(제품)을 용이하게 다이캐스팅할 수 있게 한다. 또한, 본 발명에 따른 알루미늄 실리콘 아연 합금은 우수한 인장 강도와 탄성을 가지고, 이러한 합금을 가지고 다이캐스팅 통해 만들어진 제품 또한 우수한 인장 강도와 탄성을 가지게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 알루미늄 합금은 휴대용 전자기기에 설치되는 두께가 얇고 고강도를 갖춰야 하는 내외장재를 위한 다이캐스팅에 사용될 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 알루미늄 실리콘 아연 합금을 가지고 다이캐스팅을 통해 만들어진 제품은 양호한 후처리성 가지고 있어 도금, 도장 등의 표면 처리를 용이하게 한다.
도 1은 본 발명에 따른 알루미늄 실리콘 아연 합금을 가지고 다이캐스팅을 통하여 만들어진 외장재를 갖춘 휴대용 전자기기를 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 휴대용 전자기기는 셀룰러 폰(1), 랩탑 컴퓨터(2) 등이 될 수 있고, 이에 국한되지 않고, PDA(Personal Digital Assistant), 스마트폰(Smart Phone), 태블릿 등 및 가정에 비치되는 통상의 소형 가전 기기가 될 수 있다.
본 발명에 따른 알루미늄 실리콘 아연 합금을 가지고 다이캐스팅을 통해 만들어진 주물(외장재)(11,22)은 금형의 성형 공간에 따라 다양한 형태의 외면을 가질 수 있다. 예컨대, 다이캐스팅을 통해 제작된 주물의 외면은 요철 형상의 헤어라인(hairline)을 나타내고, 사용자는 보다 금속 재질을 느낄 수 있다. 다이캐스팅시 금형의 미세한 성형 공간까지 용융 금속이 흘러들어 가야지만 주물에 바람직한 헤어라인이 표현된다. 이에, 본 발명에 따른 알루미늄 실리콘 아연 합금은 양호한 주조성을 가진다.
도 2는 본 발명에 따른 다이캐스팅의 절차의 개념도이다.
도 2를 참조하면, 금형은 고정측 형판(상원판)(Cavity Retainer Plate)(110)과 가동측 형판(하원판)(Core Retiainer Plate)(130)을 포함한다. 고정측 형판(110)은 용융 금속이 유입되도록 오목하게 만들어진 빈 공간, 즉, 캐비티(111)를 구성한다. 가동측 형판(130)은 볼록하게 만들어진 형상, 즉 코어(core)(131)를 구성한다. 가동측 형판(130)이 이동하여 고정측 형판(110)에 결합되면 캐비티(111)와 코어(131)는 결합되고 제품의 형상을 만들어 낼 수 있는 성형 공간(113)이 마련된다.
가동측 형판(130)은 이동하여 고정측 형판(110)에 결합하고, 이젝터(140)는 가동측 형판(130)의 노즐(132)을 통해 성형 공간(113)에 용융시킨 본 발명에 따른 알루미늄 실리콘 아연 합금(150)을 사출한다.
다음, 냉각수가 순환되고 성형 공간(113)에 용용 금속(150)은 냉각된다.
그 다음, 가동측 형판(130)은 고정측 형판(110)으로부터 분리되는데, 그 과정에서 완성된 주물(제품)은 분리된다.
표 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다이캐스팅용 알루미늄 실리콘 아연 합금의 조성 재료 및 그 조성비를 보여준다.
표 2를 참조하면, 본 발명에 따른 알루미늄 실리콘 아연 합금은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 실리콘(Si), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 철(Fe), 망간(Mn), 니켈(Ni), 주석(Sn) 및 티타늄(Ti)로 조성된다.
구체적으로, 그 조성비를 살펴보면, 알루미늄(Al)은 총 중량 대비 76.5%~77.5%, 구리(Cu)는 총 중량 대비 3%~3.2%, 실리콘(Si)은 총 중량 대비 7.0%~7.5%, 마그네슘(Mg)은 총 중량 대비 0.15%~0.2%, 아연(Zn)은 총 중량 대비 0.90%~11.10%, 철(Fe)은 총 중량 대비 0.9%~1%, 망간(Mn)은 총 중량 대비 0.15%~0.25%, 니켈(Ni)은 총 중량 대비 0.07% 이하, 주석(Sn)은 총 중량 대비 0.03% 이하, 티타늄(Ti)은 총 중량 대비 0.05% 이하로 조성된다.
　

Al
Cu
Si
Mg
Zn
Fe
Mn
Ni
Sn
Ti

76.5%
~
77.5%
3.0%
~
3.2%
7.0%
~
7.5%
0.15%
~
0.20%
10.90%
~
11.10%
0.9%
~
1.0%
0.15%
~
0.25%
0.07
이하
0.03
이하
0.05
이하
표 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다이캐스팅용 알루미늄 실리콘 아연 합금의 조성 재료 및 그 조성비를 보여준다.
표 3을 참조하면, 본 발명에 따른 알루미늄 실리콘 아연 합금은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 실리콘(Si), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 철(Fe), 망간(Mn) 및 니켈(Ni)로 구성된다.
구체적으로, 그 조성비를 살펴보면, 알루미늄(Al)은 총 중량 대비 75%, 구리(Cu)는 총 중량 대비 2.70%, 실리콘(Si)은 총 중량 대비 7.21%, 마그네슘(Mg)은 총 중량 대비 0.09%, 아연(Zn)은 총 중량 대비 12.61%, 철(Fe)은 총 중량 대비 1.17%, 망간(Mn)은 총 중량 대비 0.45%, 니켈(Ni)은 총 중량 대비 0.45%로 조성된다.

Al
Cu
Si
Mg
Zn
Fe
Mn
Ni

75.00%
2.70%
7.21%
0.09%
12.61%
1.17%
0.45%
0.45%
도 3은 본 발명에 따른 알루미늄 실리콘 아연 합금으로 제작한 시편과 종래의 합금으로 제작한 시편의 인장 강도 특성을 보여주는 그래프이다.
본 발명에 따른 알루미늄 실리콘 아연 합금은 총 중량 대비 75.00%의 알루미늄(Al), 총 중량 대비 2.70%의 구리(Cu), 총 중량 대비 7.21%의 실리콘(Si), 총 중량 대비 0.09%의 마그네슘(Mg), 총 중량 대비 12.61%의 아연(Zn), 총 중량 대비 1.17%의 철(Fe), 총 중량 대비 0.45%의 망간(Mn) 및 총 중량 대비 0.45%의 니켈(Ni)로 조성된다. 이렇게 조성된 알루미늄 실리콘 아연 합금을 가지고, 소정 주조조건[캐스팅 온도 : 670℃, 주조압력: 70 Mpa(720Kgf/cm2, 40Φ)]하에 다이캐스팅을 통해 제품(주물)을 제작한다.
또한, 이렇게 성형한 제품과 상응하는 봉형의 소형 시편에, 3mm/1min의 인장속도로 320~350 Mpa의 인장 강도를 적용하여 인장 강도 시험을 진행한다.
그 결과, 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 알루미늄 실리콘 아연 합금은 종래의 합금보다 높은 인장 응력에서 파단된다. 결국, 본 발명에 따른 알루미늄 실리콘 아연 합금은 종래의 AZ91D 보다 향상된 인장 강도를 가지는데, 특히, 종래의 ALDC 12.1 보다 약 30~40% 향상된 인장 강도를 가진다. 또한, 본 발명에 따른 알루미늄 실리콘 아연 합금은 종래의 AZ91D 및 ALDC 12.1 보다 높은 탄성을 가진다.
도 4는 본 발명에 따른 알루미늄 실리콘 아연 합금으로 다이캐스팅을 통해 제작한 주물과 종래의 합금으로 다이캐스팅을 통해 제작한 주물을 보여주는 도면이다.
도 4의 (a)는 종래의 ALDC 12.1으로 다이캐스팅을 통해 제작한 주물(41)을 보여주고, 도 4의 (b)는 본 발명에 따른 알루미늄 실리콘 아연 합금으로 다이캐스팅을 통해 제작한 주물(42)을 보여준다.
도 4를 참조하면, 동일 조건으로 다이캐스팅시 본 발명의 알루미늄 실리콘 아연 합금은 종래의 ALDC 12.1 보다 금형의 성형 공간에 많이 채워지게 되고, 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 알루미늄 실리콘 아연 합금의 주물이 종래의 ALDC 12.1의 주물보다 완성품에 가까움을 보여준다. 즉, 본 발명에 따른 알루미늄 실리콘 아연 합금은 종래의 ALDC 12.1 보다 유동성 및 주조성이 상대적으로 양호하며, 특히, 종래 대비 약 10% 이상의 향상된 주조성을 가진다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (6)

  1. 총 중량 대비 76.5%~77.5%의 알루미늄(Al), 총 중량 대비 3%~3.2%의 구리(Cu), 총 중량 대비 7.0%~7.5%의 실리콘(Si), 총 중량 대비 0.15%~0.2%의 마그네슘(Mg), 총 중량 대비 0.90%~11.10%의 아연(Zn), 총 중량 대비 0.9%~1%의 철(Fe), 총 중량 대비 0.15%~0.25%의 망간(Mn), 총 중량 대비 0.07% 이하의 니켈(Ni), 총 중량 대비 0.03% 이하의 주석(Sn) 및 총 중량 대비 0.05% 이하의 티타늄(Ti)으로 조성되는 다이캐스팅용 알루미늄 실리콘 아연 합금.
  2. 제 1항에 있어서,
    휴대용 전자기기의 내외장재에 적용되는 다이캐스팅 알루미늄 실리콘 아연 합금.
  3. 제 1항에 있어서,
    다이캐스팅시 670℃의 주조 온도를 적용하는 다이캐스팅 알루미늄 실리콘 아연 합금.
  4. 제 1항에 있어서,
    다이캐스팅시 70Mpa의 주조 압력을 적용하는 다이캐스팅 알루미늄 실리콘 아연 합금.
  5. 총 중량 대비 75%의 알루미늄(Al), 총 중량 대비 2.70%의 구리(Cu), 총 중량 대비 7.21%의 실리콘(Si), 총 중량 대비 0.09%의 마그네슘(Mg), 총 중량 대비 12.61%의 아연(Zn), 총 중량 대비 1.17%의 철(Fe), 총 중량 대비 0.45%의 망간(Mn), 총 중량 대비 0.45%의 니켈(Ni)로 조성되는 다이캐스팅용 알루미늄 실리콘 아연 합금.
  6. 총 중량 대비 76.5%~77.5%의 알루미늄(Al), 총 중량 대비 3%~3.2%의 구리(Cu), 총 중량 대비 7.0%~7.5%의 실리콘(Si), 총 중량 대비 0.15%~0.2%의 마그네슘(Mg), 총 중량 대비 0.90%~11.10%의 아연(Zn), 총 중량 대비 0.9%~1%의 철(Fe), 총 중량 대비 0.15%~0.25%의 망간(Mn), 총 중량 대비 0.07% 이하의 니켈(Ni), 총 중량 대비 0.03% 이하의 주석(Sn) 및 총 중량 대비 0.05% 이하의 티타늄(Ti)으로 조성되는 알루미늄 실리콘 아연 합금을 제작하는 과정; 및
    상기 알루미늄 실리콘 아연 합금을 가지고 다이캐스팅을 통해 주물을 제작하는 과정을 포함하는 주조 방법.
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