KR20160027853A

KR20160027853A - 다이캐스팅용 알루미늄 합금 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20160027853A
Application number: KR1020140116485A
Authority: KR
Inventors: 황용욱; 김대욱; 김성국; 이봉기; 이정목; 허일
Original assignee: 삼성전자주식회사; 주식회사 에스제이테크
Priority date: 2014-09-02
Filing date: 2014-09-02
Publication date: 2016-03-10
Also published as: US20200354817A1; CN105385903A; US20160060731A1; CN105385903B; EP2992983A1; EP2992983B1; KR101641170B1; ES2768682T3

Abstract

다양한 실시예에 따르면, 실리콘(Si) 4.0 ~ 10.0 중량%, 마그네슘(Mg) 0.1 ~ 4.0 중량%, 크롬(Cr) 0.1 ~ 1.0 중량%, 아연(Zn) 0.05 ~ 1.0 중량%, 망간(Mn) 0.05~1.0 중량%, 티타늄(Ti) 0.01 ~ 1.0 중량%, 주석(Sn) 0.001 ~ 0.5 중량% 및 나머지는 알루미늄(Al)과 불가피한 적어도 하나의 불순물로 구성되는 다이캐스팅용 알루미늄 합금 및 이를 이용하여 제조되는 다이캐스팅 구조물을 제공하여, 상용 합금 및 일반 합금에 비해 표면 산화층이 안정적이며 치밀하게 형성되어 염수 환경 및 물, 대기 상태에서 안정적인 내부식성을 가질 수 있다.

Description

다이캐스팅용 알루미늄 합금 및 그 제조 방법{ALUMINUM ALLOY FOR DIECASTING AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명의 다양한 실시예들은 다이캐스팅용 합금에 관한 것으로서, 예를 들어, 다이캐스팅용 알루미늄 합금 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 알루미늄은 철강 다음으로 많이 사용되고 있는 금속으로서, 가볍고 내식성과 가공성이 좋으며 전기 및 열 전도도가 높을 뿐만 아니라 Cu, Mg, Si, Zn, Mn, Ni 등의 소재와 함께 다양한 종류의 고강도, 고내식성 합금을 만들어 항공기, 가정용품, 건축, 차량, 기계, 전기 등 가정과 산업 전분야에 걸쳐 사용될 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 알루미늄은 합금의 종류에 따라 분류되는 바, 1000번대는 99.00wt% 이상의 알루미늄을 함유한 순수 알루미늄, 2000번대는 Al-Cu계 합금, 3000번대는 Al-Mn계 합금, 4000번대는 Al-Si게 합금, 5000번대는 Al-Mg계 합금, 6000번대는 Al-Mg-Si계 합금, 7000번대는 Al-Zn계 합금으로 분류, 표시하는 방법이 널리 사용되고 있다.

상기와 같이 분류되는 알루미늄 합금의 가장 큰 장점은 철강에 비하여 그 무게는 약 1/3 정도이나, 각종 합금원소의 첨가에 따라 철강에 비하여 뒤지지 않거나 더욱 우수한 기계적 성질을 갖는다는 점으로서, 특히, 근래에 들어 핸드폰 부품에 적용되고 있는 비율이 증가하고 있다.

상술한 바와 같이, 각종 부품의 경량화에 사용되는 알루미늄 재료로는 6xxx계열의 Al-Mg-Si계 합금이 사용되고 있는 바, 이를 살펴 보면 하기과 같다.

다양한 실시예에 따르면, Al-Mg-Si계 합금은 대표적인 석출경화형 합금으로서, 고유변형능력이 다이캐스팅 가공에 적합한 바, 5XXX 계열이나 7XXX 계열의 알루미늄 합금 대비 우수한 성형성을 가질 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 6xxx계열의 Al-Mg-Si계 합금은 시효경화성을 가질 뿐 아니라, 인성이 좋고 심가공에 적합하여 특히, 압출재로서 널리 사용되고 있는 합금이나, 기술 발전과 함께 각종 압출 제품들에 대한 요구 품질이 높아지고, 제품 구조가 복잡해지면서 종래의 Al-Mg-Si계 알루미늄 합금들 중 특히, 6082 알루미늄 합금은 자동차 부품용 소재로 널리 사용되고 있으나, 더욱더 고품질이 요구되는 부품 특성에 적합한 성형성 및 강도를 충족시켜 주지 못하게 되었다.

또한, 자동차 부품과 같은 고품질 제품에 대한 압출성이 떨어질 뿐 아니라, 압출재를 절단한 후 최종 제품으로 가공시 물성부족에 따른 크랙 발생이 빈번히 발생하여 부품 제조 원가가 높아지는 문제를 가지고 있다.

본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 우수한 내부식성 특성을 갖는 다이캐스팅용 알루미늄 합금 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 고강도 특성 및 우수산 유동성을 갖는 다이캐스팅용 알루미늄 합금 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 형상 및 구조가 복잡한 고품질의 외장 및 내장 다이캐스팅 부품을 용이하게 생산할 수 있도록 구현되는 다이캐스팅용 알루미늄 합금 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 실리콘(Si) 4.0 ~ 10.0 중량%, 마그네슘(Mg) 0.1 ~ 4.0 중량%, 크롬(Cr) 0.1 ~ 1.0 중량%, 아연(Zn) 0.05 ~ 1.0 중량%, 망간(Mn) 0.05~1.0 중량%, 티타늄(Ti) 0.01 ~ 1.0 중량%, 주석(Sn) 0.001 ~ 0.5 중량% 및 나머지는 알루미늄(Al)과 불가피한 적어도 하나의 불순물로 구성되는 다이캐스팅용 알루미늄 합금 및 이를 이용하여 제조되는 다이캐스팅 구조물을 제공할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 알루미늄(Al)을 700 ~ 800℃의 온도로 가열하여 완전히 용융시키는 제1공정과, 상기 제1공정 후에, 4.0 ~ 10.0 중량%의 실리콘(Si)을 850 ~ 950℃의 온도로 승온시켜 완전히 용융시키는 제2공정과, 상기 제2공정 후에, 0.1 ~ 1.0 중량%의 크롬(Cr), 0.05~1.0 중량%의 망간(Mn) 및 0.01 ~ 1.0 중량%의 티타늄(Ti)을 1200℃의 온도로 승온시켜 완전히 용융시키는 제3공정 및 상기 제3공정 후에, 700 ~ 800℃의 온도로 감온시켜 0.05~1.0 중량%의 마그네슘(Mg), 0.05 ~ 1.0 중량%의 아연(Zn) 및 0.001 ~ 0.5 중량%의 주석(Sn)을 투입하여 완전히 용융시킨 후, 응고시키는 제4공정을 포함하는 다이캐스팅용 알루미늄 합금 제조 방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 상용 합금 및 일반 합금에 비해 표면 산화층이 안정적이며 치밀하게 형성되어 염수 환경 및 물, 대기 상태에서 안정적인 내부식성을 가질 수 있다. 한 실시예에 따르면, 알루미늄 합금은 고강도의 특성 및 유동성이 우수하여 형상 및 구조가 복잡한 고품질의 외장 및 내장 다이캐스팅 부품을 제공할 수 있다.

도 1 본 발명의 다양한 실시예에 따른 알루미늄 합금의 제조 공정을 도시한 공정도이다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 다양한 시편의 물성 시험 결과를 도시한 그래프 및 표이다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 알루미늄 합금과 일반 알루미늄 합금의 부식 정도를 비교한 도면이다.

이하, 본 발명의 다양한 실시예가 첨부된 도면과 연관되어 기재된다. 본 발명의 다양한 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있다. 그러나, 이는 본 발명의 다양한 실시예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 다양한 실시예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경 및/또는 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성 요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용되었다.

본 발명의 다양한 실시예에서 사용될 수 있는 "포함한다" 또는 "포함할 수 있다"등의 표현은 개시(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성 요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성 요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 다양한 실시예에서 "또는" 등의 표현은 함께 나열된 단어들의 어떠한, 그리고 모든 조합을 포함한다. 예를 들어, "A 또는 B"는, A를 포함할 수도, B를 포함할 수도, 또는 A 와 B 모두를 포함할 수도 있다.

본 발명의 다양한 실시예에서 사용된 "제1," "제2", "첫 째", "둘 째" 등의 표현들은 다양한 실시예들의 다양한 구성 요소들을 수식할 수 있지만, 해당 구성 요소들을 한정하지 않는다. 예를 들어, 상기 표현들은 해당 구성 요소들의 순서 및/또는 중요도 등을 한정하지 않는다. 상기 표현들은 한 구성 요소를 다른 구성 요소와 구분하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1사용자 기기와 제2 사용자 기기는 모두 사용자 기기이며, 서로 다른 사용자 기기를 나타낸다. 예를 들어, 본 발명의 다양한 실시예의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1구성 요소는 제2구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성 요소도 제1구성 요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성 요소가 상기 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성 요소와 상기 다른 구성 요소 사이에 새로운 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성 요소와 상기 다른 구성 요소 사이에 새로운 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.

본 발명의 다양한 실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명의 다양한 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명의 다양한 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 다양한 실시예에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명의 다양한 실시예에 따른 제조 방법에 의해 제조된 알루미늄 합금은 전자 장치의 케이스 프레임, 베젤 등에 적용될 수 있다.

상술한 전자 장치는, 통신 기능이 포함된 장치일 수 있다. 예를 들면, 전자 장치는 스마트 폰(smartphone), 태블릿 PC(tablet personal computer), 이동전화기(mobile phone), 화상전화기, 전자북리더기(e-book reader), 데스크탑 PC(desktop personal computer), 랩탑 PC(laptop personal computer), 넷북컴퓨터(netbook computer), PDA(personal digital assistant), PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어, 모바일의료기기, 카메라(camera), 또는 웨어러블장치(wearable device)(예: 전자 안경과 같은 head-mounted-device(HMD), 전자의복, 전자팔찌, 전자목걸이, 전자앱세서리(appcessory), 전자문신, 또는 스마트 와치(smart watch))중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

어떤 실시예들에 따르면, 전자 장치는 통신 기능을 갖춘 스마트 가전 제품(smart home appliance)일 수 있다. 스마트 가전 제품은, 예를 들자면, 전자 장치는 텔레비전, DVD(digital video disk) 플레이어, 오디오, 냉장고, 에어컨, 청소기, 오븐, 전자레인지, 세탁기, 공기 청정기, 셋톱 박스(set-top box), TV 박스(예를 들면, 삼성 HomeSyncTM, 애플TVTM, 또는 구글 TVTM), 게임 콘솔(game consoles), 전자 사전, 전자 키, 캠코더(camcorder), 또는 전자 액자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

어떤 실시예들에 따르면, 전자장치는 각종 의료기기(예: MRA(magnetic resonance angiography), MRI(magnetic resonance imaging), CT(computed tomography), 촬영기, 초음파기 등), 네비게이션(navigation) 장치, GPS 수신기(global positioning system receiver), EDR(event data recorder), FDR(flight data recorder), 자동차인포테인먼트(infotainment) 장치, 선박용전자장비(예: 선박용항법장치 및 자이로콤파스 등), 항공전자기기(avionics), 보안기기, 차량용헤드유닛, 산업용 또는 가정용 로봇, 금융기관의 ATM(automatic teller's machine) 또는 상점의 POS(point of sales) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

어떤 실시예들에 따르면, 전자 장치는 통신 기능을 포함한 가구(furniture) 또는 건물/구조물의 일부, 전자 보드(electronic board), 전자 싸인 입력장치(electronic signature receiving device), 프로젝터(projector), 또는 각종 계측기기(예: 수도, 전기, 가스, 또는 전파 계측 기기 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치는 전술한 다양한 장치들 중 하나 또는 그 이상의 조합일 수 있다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치는 플렉서블(flexible) 장치일 수 있다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않음은 당업자에게 자명하다. 전자 장치가 아니더라도 금속 기구물로 구성되거나 적어도 금속 기구물이 포함된 여타 장치에 적용될 수도 있다.

본 발명의 다양한 실시예에 따른 다이캐스팅용 합금 성분에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

(1) 실리콘( Si )의 성분 함량: 4.0% 이상 ~ 10.0% 이하

다양한 실시예에 따르면, 실리콘(Si)의 함량은 Si: 4.0 ~ 10.0 중량%를 만족하도록 구성할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 실리콘(Si)은 내식성을 악화시키지 않으면서도 강도를 향상시키는 역할을 하는 한편, 다이캐스팅용 재료로 사용되기 위한 요건인 최소한의 유동성을 확보할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 실리콘(Si)은, 용융물의 유동성 증진, 수축률 저하, 그리고 내열성 향상을 위한 것으로, 4.0 중량% 이상으로 첨가될 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 마그네슘(Mg)과 결합하여 시효에 의해 Mg₂Si로 석출되어 기계적 성질을 좌우하며, 마그네슘(Mg)과 결합하고 남은 잔류 실리콘(Si)은 단독으로 석출되어 기계적 성질을 향상시키고, 용탕의 유동성 개선에 유효한 성분이다.

다양한 실시예에 따르면, 실리콘의 첨가량이 4.0 중량%에 미치지 못하면 원하는 강도 및 유동성을 얻을 수 없게 되고, 반대로, 실리콘의 첨가량이 10.0 중량%를 초과하게 되면 성형성이 떨어지게 될 뿐 아니라 성형제품의 표면 품질이 떨어지게 될 수 있고, 또한 알루미늄 합금의 보다 더 잘 깨지는 성질을 갖게 되어 성형 제품의 목적한 제품 스펙을 만족시킬 수 없게 된다.

(2) 마그네슘( Mg )의 성분 함량: 0.1% 이상 ~ 4.0% 이하

다양한 실시예에 따르면, 마그네슘(Mg)의 함량은 Mg: 0.1 ~ 4.0%를 첨가할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 마그네슘(Mg)은 내식성, 강도 및 연신율을 향상시키고, 경량화와 피삭성을 향상시키는데 기여할 수 있다. 마그네슘의 첨가량이 0.1중량% 미만이면 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 마그네슘의 첨가량이 4.0중량%를 초과하면 Mg의 발화가 시작되면서 거품을 일으키게 될 수 있으며, 이를 막기 위해 다른 가스를 사용하며, 이는 함량 조절을 함으로써 해결될 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 마그네슘(Mg)은 상술한 실리콘(Si)과 화합물로 석출되어 기계적 성질을 향상시키는 성분으로서, 그 함량이 0.1 중량%에 미치지 못하면 Mg₂Si 석출량이 부족하여 필요한 만큼의 강도를 얻을 수 없으며, 4.0 중량%를 초과하게 되면, 과다 실리콘(Si)의 경우와 같이 가공성에 불리하면서 저 강도의 원인이 될 뿐 아니라, 성형성이 저하하여 생산성이 떨어지게 되며 또, Mg₂Si를 형성하지 못한 여분의Mg가 Mg₂Si의 고용을 억제하여 강도를 떨어뜨리게 될 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 상기 마그네슘(Mg)은 제품 표면에 산화층(MgO)이 빠르게 형성되도록 할 수 있으며, 이러한 산화층(MgO)은 표면의 코팅막과 같은 역할을 하여 내식성을 향상시킬 수 있다.

(3) 크롬( Cr )의 성분 함량: 0.1% 이상 ~ 1.0% 이하

다양한 실시예에 따르면, 크롬(Cr)의 함량은 Cr: 0.1 ~ 1.0 중량%를 첨가할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 크롬(Cr)은 결정입자 미세화를 통한 내마모성 향상을 위한 것이며, 일정 정도 내열성 향상에 기여할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 상기 크롬(Cr)은 재결정층의 생성과 성장을 억제하며 Al과 함께 화합물을 형성하여, 입계에 분포함으로써 시효 처리시의 석출을 억제하여 연신율을 향상시켜 주는 역할을 할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 크롬(Cr)은 마그네슘의 산화층(MgO) 막질의 조밀성을 높여주어 내식성을 높이는데 기여할 수 있다.

(4) 아연( Zn )의 성분 함량: 0.05% 이상 ~ 1.0% 이하

다양한 실시예에 따르면, 아연(Zn)의 함량은 Zn: 0.05 ~ 1.0 중량%를 첨가할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 아연(Zn)은 내식성과 강도향상을 위한 것이며, 아연의 첨가량이 1.0중량%를 초과하는 경우, 용접성, 내식성 등의 물성이 저하될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 아연(Zn)은 시효 경화를 통하여 강도 향상에 기여할 수도 있다.

(5) 망간( Mn )의 성분 함량: 0.05% 이상 ~ 1.0% 이하

다양한 실시예에 따르면, 망간(Mn)의 함량은 Mn: 0.05 ~ 1.0 중량%를 첨가할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 망간(Mn)은 내식성 증진을 위한 것으로 일정 정도의 고온에서 연화 저항을 크게 하고 표면처리 특성을 개선하는 기능을 할 수 있다.

한 실시예에 따르면, 망간(Mn)의 소량 첨가 시에는 내식성은 별로 약화시키지 않으면서, 고용강화 효과 및 미세 석출물 분산 효과를 통하여 강도 개선에 기여할 수도 있다.

(6) 티타늄( Ti )의 성분 함량: 0.01% 이상 ~ 1.0% 이하

다양한 실시예에 따르면, 티타늄(Ti)의 함량은 Ti: 0.01 ~ 1.0 중량%를 첨가할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 티타늄(Ti)은 입자 미세화에 효과가 있는 성분으로서, 1.0 중량%를 초과하게 되면 TiAl₃ 등의 크고 거친 금속간 화합물을 다량 생산하여, 합금의 기계적 특성을 저하시키는 문제점이 있다. 한 실시예에 따르면, 티타늄은 결정립 미세화를 통하여 성형성 및 강도 향상에 기여할 수 있다.

(7) 주석( Sn )의 성분 함량: 0.001% 이상 ~ 0.5% 이하

다양한 실시예에 따르면, 주석(Sn)의 함량은 Sn: 0.001 ~ 0.5 중량%를 첨가할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 주석(Sn)은 성형성 및 피삭성 향상을 위한 것으로, 상한치를 넘어서면 열간 및 냉간 가공성이 저하될 수 있다.

(8) 니켈( Ni )의 성분 함량: 0.05% 이하로 조절

다양한 실시예에 따르면, 니켈(Ni)의 함량은 Ni: 0.05 중량% 이하로 조절할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 니켈(Ni)은 내열성 향상에 일조할 수 있으나 그 효과가 미비하고, 오히려, 알루미늄에 첨가될 수 있는 불순물로써, 0.05중량%이상 함유되면 소재의 부식을 초래할 수도 있다.

(9) 철( Fe )의 성분 함량: 0.3% 이하로 조절

다양한 실시예에 따르면, 철(Fe)의 함량은 Fe: 0.3 중량% 이하로 조절할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 철(Fe)은 합금의 밀도를 증가시켜 강도 향상에 기여할 수 있고, 점착성 감소를 통한 탈형 성능 향상을 위한 전형적인 성분이고, 재결정립의 조대화를 억제하고 주조시 결정립을 미세화하는데 효과가 있는 성분이기는 하나 그 양 조절이 어려울 뿐만 아니라 합금화 효과가 미미하고, 연성을 저하시킬 뿐 아니라 압출성과 생산성을 떨어뜨리게 될 수 있으므로, 알루미늄 내에 첨가될 수 있는 불순물로써 0.3중량%이상 함유되면 소재의 부식을 초래할 수도 있다.

(10) 구리( Cu )의 성분 함량: 0.05% 이하로 조절

다양한 실시예에 따르면, 구리(Cu)의 함량은 Cu: 0.005 중량% 이하로 조절할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 구리(Cu)는 경도 향상과 석출경화를 통한 강도 및 연성 향상에 기여하고, 또한 내부식 특성을 향상시키는데 기여할 수 있으며, 용탕의 유동성을 개선하고 강도를 향상시키기는 하나, 내식성을 저하시키며, 용접성 및 압출성을 떨어뜨릴 수 있으므로, 상술한 니켈(Ni) 및 철(Fe)과 마찬가지로 알루미늄 내에 첨가될 수 있는 불순물로써 0.05중량%이상 함유되면 소재의 부식을 초래할 수도 있다.

(11) 알루미늄( Al )의 성분 함량: 90% 이상

다양한 실시예에 따르면, 알루미늄(Al)의 함량은 Al: 90 중량% 이상이 첨가될 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 일정 중량% 이상 다량으로 함유되면 합금의 부식을 초래할 수 있는 알루미늄 내의 불순물인 니켈(Ni), 철(Fe) 및 구리(Cu)의 함량을 제조 공정 중에 0.005 중량% 이상이 되지 않도록 조절함으로써, 안정적인 내부식 특성을 가지며, 고강도의 특성 및 유동성이 우수한 다이캐스팅용 알루미늄 합금을 제조할 수 있다.

이하, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 알루미늄 합금 제조 과정에 대하여 기술하기로 한다.

도 1 본 발명의 다양한 실시예에 따른 알루미늄 합금의 제조 공정을 도시한 공정도이다.

도 1을 참고하면, 101 공정에서 알루미늄(Al) 90중량 % 이상을 700℃ ~ 800℃로 가열하여 완전 용해된 상태로 형성할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 103 공정에서 완전 용융된 알루미늄(Al)에 일정량의 실리콘(Si)을 첨가할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 실리콘(Si)은 완전 용융된 알루미늄(Al)을 850℃ ~ 950℃까지 승온시킨 후 투입될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 실리콘(Si)는 4.0 중량%이상 ~ 10.0 중량%이하의 범위에서 투입될 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 105공정에서 알루미늄(Al)과 실리콘(Si)가 투입된 후, 1200℃까지 승온시킬 수 있다. 한 실시예에 따르면, 승온된 용융제에 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 망간(Mn)을 투입 후 해당 온도로 일정 시간 동안 가열하여 해당 원소들을 완전히 용융시킬 수 있다. 한 실시예에 따르면, 가열 시간은 4~5시간의 범위내에서 이루어질 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 티타늄(Ti)은 0.01 중량% 이상 ~ 1.0 중량% 이하의 범위에서 첨가할 수 있고, 크롬(Cr)은 0.1 중량% 이상 ~ 1.0 중량% 이하의 범위에서 첨가할 수 있으며, 망간(Mn)은 0.05 중량% 이상 ~ 1.0 중량% 이하의 범위에서 첨가할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 이외에도 지르코늄(Zr)이 첨가될 수도 있다. 한 실시예에 따르면, 지르코늄(Zr)은 0.01 ~ 1.0 중량% 범위에서 투입될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 지르코늄(Zr)은 알루미늄 합금의 강도를 보강할 수 있으며, 특히 연신율 개선에 효과적이다.

다양한 실시예에 따르면, 106 공정에서 현재까지의 용융액에 대한 성분 분석을 수행하고, 107 공정에서 분석된 성분에 따라 불순물 중량 %를 조절할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 109 공정에서, 불순물 중량 %를 조절 후, 고온의 용융액을 자연 냉각을 통해 700℃ ~ 800℃까지 감온시킨 후, 아연(Zn) 및 마그네슘(Mg)을 투입하여 완전히 용융시킨 후, 111 공정으로 진행하여 알루미늄 합금 모재를 형성할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 성분 분석 과정은 각 원소가 투입될 때마다 진행될 수도 있다.

다양한 실시예에 따르면, 모재는 다이캐스팅시 75MPa의 주조 압력이 적용될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 모재는 다이캐스팅시 250MPa ~ 350 MPa 범위의 인장 강도 특성을 나타내도록 형성할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 모재는 다이캐스팅시 150MPa ~ 250MPa 범위의 항복 강도 특성을 나타내도록 형성할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 모재는 2.0% ~4.5%의 파단 연신율 특성을 나타내도록 형성할 수 있다.

하기 <표 1> 및 <표 2>에는 본 발명의 다양한 실시예에 따라, 적절히 조성된 알루미늄 합금의 조성표를 도시하고 있다.

다양한 실시예에 따르면, 알루미늄 합금은 조성물 중 내부식성에 영향을 끼칠 수 있는 불가피한 불순물인 구리(Cu), 철(Fe) 및 니켈(Ni)은 임의로 투입하지 않는다. 한 실시예에 따르면, 알루미늄에 포함될 수 있는 구리(Cu), 철(Fe) 및 니켈(Ni)은 각 원소의 용융 과정 중에 성분 분석을 통해 파악될 수 있으며, 구리(Cu) 및 니켈(Ni)은 총중량 대비 0.05 중량% 이하가 되도록 조절될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 철(Fe)는 총 중량 대비 0.3 중량% 이하가 되도록 조절될 수 있다.

도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 다양한 시편의 물성 시험 결과를 도시한 그래프 및 표이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 알루미늄 합금의 조성물의 중량%를 조절함으로써 원하는 물성을 갖는 합금을 제조할 수 있다. 예컨대, 실리콘(Si) 및 마그네슘(Mg)의 함량을 상대적으로 높이게 되면, 강도가 증가된 합금을 얻을 수 있다. 그러나, 연신율을 저하될 수 있으므로, 소망 물성(예: 인장 강도, 항복 강도, 연신율 등)을 갖는 합금을 얻기 위하여 원소의 적절한 조성이 이루어져야 한다.

도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 알루미늄 합금과 일반 알루미늄 합금의 부식 정도를 비교한 도면이다.

도 3을 참고하면, 본 발명의 다양한 실시예에 의해 제조된 알루미늄 합금(도면의 왼쪽 모재)이 기존의 합금(도면의 오른쪽 모재) 보다 내부식성이 우수함을 알 수 있었다.

본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 실시예에 따른 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 실시예의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시예의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 다양한 실시예의 범위는 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 다양한 실시예의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 다양한 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

다이캐스팅 알루미늄 합금에 있어서,
실리콘(Si) 4.0 ~ 10.0 중량%, 마그네슘(Mg) 0.1 ~ 4.0 중량%, 크롬(Cr) 0.1 ~ 1.0 중량%, 아연(Zn) 0.05 ~ 1.0 중량%, 망간(Mn) 0.05~1.0 중량%, 티타늄(Ti) 0.01 ~ 1.0 중량%, 주석(Sn) 0.001 ~ 0.5 중량% 및 나머지는 알루미늄(Al)과 불가피한 적어도 하나의 불순물로 구성되는 다이캐스팅용 알루미늄 합금.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 불순물은 상기 알루미늄(Al)에 포함된 구리(Cu), 니켈(Ni) 및 철(Fe) 중 적어도 하나인 다이캐스팅용 알루미늄 합금.
제2항에 있어서,
상기 구리(Cu) 및 니켈(Ni)은 합금 처리 공정 중에 성분 분석을 통하여 각각 0.05 중량% 이하가 되도록 조절하는 다이캐스팅용 알루미늄 합금.
제2항에 있어서,
상기 철(Fe)은 합금 처리 공정 중에 성분 분석을 통하여 0.3 중량% 이하가 되도록 조절하는 다이캐스팅용 알루미늄 합금.
제1항에 있어서,
지르코늄(Zr) 0.01 ~ 1.0 중량%가 더 포함되는 다이캐스팅용 알루미늄 합금.
제1항에 있어서,
상기 알루미늄 합금은 다이캐스팅시 680 ~ 750℃의 주조 온도가 적용되는 다이캐스팅용 알루미늄 합금.
제1항에 잇어서,
상기 알루미늄 합금은 다이캐스팅시 75MPa의 주조 압력이 적용되도록 구성되는 다이캐스팅용 알루미늄 합금.
제1항에 있어서,
상기 알루미늄 합금은 다이캐스팅시 250 ~ 350MPa의 인장 강도의 특성을 나타내도록 구성되는 다이캐스팅용 알루미늄 합금.
제1항에 있어서,
상기 알루미늄 합금은 다이캐스팅시 150 ~ 250MPa의 항복 강도의 특성을 나타내도록 구성되는 다이캐스팅용 알루미늄 합금.
제1항에 있어서,
상기 알루미늄 합금은 다이캐스팅시 2.0 ~ 4.5%의 파단 연신율의 특성을 나타내도록 구성되는 다이캐스팅용 알루미늄 합금.
제1항 내지 제10항 중 적어도 하나의 항에 의해 제조되는 알루미늄 합금을 이용하여 다이캐스팅 공법으로 제조되는 구조물.
제11항에 있어서,
상기 구조물은 전자 장치의 외부 하우징, 내부 하우징 및 베젤 중 적어도 하나로 사용되는 구조물.
다이캐스팅용 알루미늄 제조 방법에 있어서,
알루미늄(Al)을 700 ~ 800℃의 온도로 가열하여 완전히 용융시키는 제1공정;
상기 제1공정 후에, 4.0 ~ 10.0 중량%의 실리콘(Si)을 850 ~ 950℃의 온도로 승온시켜 완전히 용융시키는 제2공정;
상기 제2공정 후에, 0.1 ~ 1.0 중량%의 크롬(Cr), 0.05~1.0 중량%의 망간(Mn) 및 0.01 ~ 1.0 중량%의 티타늄(Ti)을 1200℃의 온도로 승온시켜 완전히 용융시키는 제3공정; 및
상기 제3공정 후에, 700 ~ 800℃의 온도로 감온시켜 0.05~1.0 중량%의 마그네슘(Mg), 0.05 ~ 1.0 중량%의 아연(Zn) 및 0.01 ~ 0.5 중량%의 주석(Sn)을 투입하여 완전히 용융시킨 후, 응고시키는 제4공정을 포함하는 다이캐스팅용 알루미늄 합금 제조 방법.
제13항에 있어서,
상기 공정들 중 적어도 하나의 공정 후에, 성분 분석을 통하여 알루미늄에 포함된 적어도 하나의 불순물의 중량%를 조절하는 제5공정을 더 포함하는 방법.
제14항에 있어서,
상기 제5공정은 상기 알루미늄(Al)에 포함된 구리(Cu), 니켈(Ni) 및 철(Fe) 중 적어도 하나의 중량%를 조절하는 방법.
제15항에 있어서,
상기 구리(Cu) 및 니켈(Ni)은 상기 제5공정을 통하여 각각 0.05 중량% 이하가 되도록 조절하는 방법.
제15항에 있어서,
상기 철(Fe)은 상기 제5공정을 통하여 0.3 중량% 이하가 되도록 조절하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 제3공정 중에 0.01 ~ 1.0 중량%의 지르코늄(Zr)이 더 투입되는 방법.