KR20160145257A - 이중마루용 알루미늄 합금 및 패널, 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

이중마루용 알루미늄 합금 및 패널과 그 제조에 관하여 개시한다. 알루미늄 합금은 6.0 내지 11wt%의 실리콘; 0.5 내지 15wt%의 마그네슘; 1.0 내지 3.0wt%의 구리; 1.2wt%이하의 철, 0.35wt%의 망간, 0.3wt%이하의 니켈; 및 알루미늄 69.15 내지 90.65wt%;를 포함함으로써 이중마루용 패널에 적합한 고강도의 알루미늄 합금 및 패널을 제공한다.

Description

이중마루용 알루미늄 합금 및 패널, 그 제조 방법{ALUMINUM ALLOY AND PANEL FOR ACCESS FLOOR PANEL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 이중마루용 알루미늄 합금 및 그 제조, 알루미늄 패널의 제조 및 이중마루용 고강도 알루미늄 패널의 제조에 관한 것이다.
Al(알루미늄)-Si(실리콘) 합금인 A383은 알루미늄 다이캐스팅으로 많이 사용된다. Al-Si 합금인 A383의 ADC12종은 ASTM(American society for testing materials)의 분류 코드이다. A383은 인장강도 152MPa, 경도75HB, 신율 3.5, 탄성계수 71GPa 정도이다. ASTM에서의 A518은 알루미늄 다이캐스팅용으로 사용되는 대표적인 Al(알루미늄)-Mg(마그네슘) 합금으로 인장강도 193MPa, 경도 80HB, 신율 5.0, 탄성계수 69GPa 정도이다. Al-Si계 합금과 Al-Mg계 합금은 섬세하고 복잡한 형상의 금속주조법인 다이캐스트법에 적합한 유동성과 형상의 내구성에 영향을 미치는 적절한 인장강도와 신율을 가지고 있어 카메라 케이스, 자동차 엔진 및 구동계 부품, 에스컬레이터 발판 등과 같이 금속의 특징은 유지하면서 무게가 가볍고 높은 인장력과 신율을 요하는 비철금속 성형품의 주재료로 오랫동안 사용되어 왔 으며, 이중마루용 패널에도 적용되어 제품 본체의 성형 소재로 사용되어 왔다.
Al(알루미늄)에 Si-Mg를 첨가한 알루미늄-실리콘-마그네슘 합금(Mg-Al-Si alloy)은 AA(Aluminum Association)에서 정한 분류표상 6000 계열에 해당되는데, 적당한 강도를 유지하면서 내식성과 성형성이 우수한 전신재로 이용되고 있다.
대표적인 알루미늄-실리콘-마그네슘 합금인 6063 합금은 압출성 및 표면처리특성이 우수하여 건축용 자재로 많이 사용되고 있으며, 6063 합금에 비해 마그네슘과 실리콘을 추가로 첨가한 6061 합금은 기계적 강도가 6063에 비해 더 높아 경량과 고강도를 요구하는 크레인, 자동차용 범퍼 등에 이용되고 있다. 알루미늄-실리콘-마그네슘 합금은 열처리를 통해 Al 기지에 금속 간 화합물인 Mg2Si를 석출시켜 분포시키며, 이러한 Mg2Si 석출상으로 인해 강도의 증가가 나타나게 된다.
한편, 최근 들어 알루미늄 이중마루 패널이 많이 사용되는 크린룸 환경은 고집적도, 대형화, 대량 생산의 추세로 진행되면서 이중마루재에서 요구하는 하중은 단위면적당 수 톤에 이르도록 높아졌으며, 정밀 가공 설비에 끼치는 영향을 줄일 목적으로 설계 하중 시의 허용 휨 량은 종래 이중 마루 패널의 허용 휨 량 보다 낮아지고 있으나, ASTM의 A383 및 A581 또는 AA의 6000계열의 알루미늄 합금들은 알루미늄 이중마루 패널에서 요구되는 성능을 만족시키기 위해서는 패널의 두께를 두껍게 하는 것으로 가능하지만, 클린룸의 높이 제약 문제가 있어 허용두께는 대략 50mm를 초과하지 않은 범위로 정해지고 있다. 따라서, 기존의 다이캐스팅 알루미늄 합금으로는 고강도 이중마루 패널을 제조할 수 없는 문제가 있고 클린룸 시공에 효과적으로 대응하기 어려운 문제가 있다.
특허문헌 1. 대한민국 공개특허 제10-2011-0056211호 특허문헌 2. 대한민국 공개특허 제10-2014-0075544호
본 발명은 전술한 바와 같은 종래 문제점들을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은, 이중마루 패널에 사용할 수 있는 주조용 고강도 알루미늄 합금을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 이중마루에 사용할 수 있는 고강도 알루미늄 합금을 제조하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 이중마루용 고강도 알루미늄 패널을 제조하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 주조용 알루미늄 합금을 주원료로 사용하여 고하중 대차의 동선이나 고하중의 생산 설비 설치 영역에 적합한 이중마루용 고강도 알루미늄 패널을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 기존의 다이캐스팅 알루미늄 합금으로는 고강도 이중마루용 알루미늄 패널을 제조할 수 없는 문제를 해결하고, 클린룸 등의 시공에 적합한 알루미늄 패널을 제공하는 것이다.
상기 목적들은, 본 발명에 따르면, 6.0 내지 11wt%의 실리콘; 0.5 내지 15wt%의 마그네슘; 1.0 내지 3.0wt%의 구리; 1.2wt%이하의 철, 0.35wt%의 망간, 0.3wt%이하의 니켈; 및 알루미늄 69.15 내지 95.65wt%;를 포함하는 이중마루용 알루미늄 합금, 또는 0.2wt%의 티타늄을 더 포함하는 경우 알루미늄 68.95 내지 90.45wt%;를 포함하는 이중마루용 알루미늄 합금에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 실리콘과 니켈 및 티타늄은 기능화 처리를 통해 표면 작용기나 박막의 물성을 제어하여 이중마루용 알루미늄 패널 제조에 적합한 알루미늄 합금으로 제공될 수 있다.
상기 목적들은, 본 발명에 따르면, 알루미늄, 실리콘, 마그네슘, 구리, 철, 망간, 니켈의 각 개별 원소들을 분말화 하는 제1 단계; 상기 단계로부터 처리된 나분말화된 알루미늄을 용해하여 용탕을 형성하는 제2 단계; 및 상기 알루미늄 용탕에 순차적으로 실리콘-마그네슘-구리-철-망간-니켈 분말을 투입하여 용탕으로 주조하는 제3 단계;를 포함하는 알루미늄 합금 제조방법에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 알루미늄 합금 제조에서 각각의 원소의 투입 순서는 실리콘-마그네슘-구리-철-망간-니켈이고, 그 후 연속적으로 티타늄을 투입하는 순서로 이중마루용 패널에 적합한 알루미늄 합금을 제조할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 알루미늄 용탕에서 주조되는 용융 원소의 함량은, 실리콘 6.0 내지 11wt%; 마그네슘 0.5 내지 15wt%; 구리 1.0 내지 3.0wt%; 철 1.2wt%; 망간 0.35wt%; 니켈 0.3wt% 및 이거나 티타늄 0.2wt%;를 더 포함하는 화합물로 조성함으로써 이중마루용 패널에 적합한 알루미늄 합금을 제조할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 알루미늄 합금의 개별 원소들의 분말 입도는 5 내지 10nm로 가공하여 이중마루용 패널에 적합한 알루미늄 합금을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 알루미늄, 실리콘, 마그네슘, 구리, 철, 망간, 니켈들의 개별 원소들을 분말화 하는 제1 단계; 상기 개별 원소들 중 실리콘 및 니켈 원소들에 대하여 기능화 처리를 수행하는 제2 단계; 상기 단계로부터 처리된 분말화된 알루미늄을 용해하여 용탕을 형성하는 제3 단계; 및 상기 알루미늄 용탕에 순차적으로 실리콘-마그네슘-구리-철-망간-니켈 분말을 투입하여 용탕으로 주조하는 제4 단계;를 포함하는 알루미늄 합금 제조방법에 의해 상기 목적을 달성할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 실리콘, 니켈 외에 티타늄 원소의 기능화 처리를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 원소의 투입 순서는 실리콘-마그네슘-구리-철-망간-니켈이고, 그 후 연속적으로 티타늄을 투입하는 단계; 더 포함함으로써 이중마루용 패널에 적합한 알루미늄 합금을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 알루미늄 용탕에서 주조되는 용융 원소의 함량은, 실리콘 6.0 내지 11wt%; 마그네슘 0.5 내지 15wt%; 구리 1.0 내지 3.0wt%; 철 1.2wt%; 망간 0.35wt%; 및 니켈 0.3wt%인 화합물로 조성함으로써 이중마루용 패널에 적합한 알루미늄 합금을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 알루미늄 용탕에서 주조되는 용융 원소의 함량은, 실리콘 6.0 내지 11wt%; 마그네슘 0.5 내지 15wt%; 구리 1.0 내지 3.0wt%; 철 1.2wt%; 망간 0.35wt%; 니켈 0.3wt%; 또는 티타늄 0.2wt%;의 화합물로 조성함으로써 이중마루용 패널에 적합한 알루미늄 합금을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 제1 단계 내지 제2 단계에서 개별 원소들의 분말 입도는 5 내지 10nm 로 조절하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 기능화 처리에서는, 중합을 이용한 박막코팅으로 액상 모노모 중에서 선택된 CF4 , O2, N2, NH3 를 포함하는 전구체(Precusors)를 주입하여 실리콘과 니켈 파우더 표면 작용기나 박막의 물성을 제어함으로써 이중마루용 패널에 적합한 알루미늄 합금을 제조할 수 있다.
본 발명은, 6.0 내지 11wt%의 실리콘; 0.5 내지 15wt%의 마그네슘; 1.0 내지 3.0wt%의 구리; 1.2wt%이하의 철, 0.35wt%의 망간, 0.3wt%이하의 니켈; 알루미늄 69.15 내지 90.65wt%;를 포함하는 알루미늄 합금; 및, 상기 알루미늄 합금을 용탕으로 만들어 다이캐스팅법으로 제조된 이중마루용 알루미늄 패널을 제공할 수 있다.
본 발명은, 6.0 내지 11wt%의 실리콘; 0.5 내지 15wt%의 마그네슘; 1.0 내지 3.0wt%의 구리; 1.2wt%이하의 철, 0.35wt%의 망간, 0.3wt%이하의 니켈, 0.2wt%의 티타늄; 알루미늄 68.95 내지 90.45wt%;를 포함하는 알루미늄 합금; 및, 상기 알루미늄 합금을 용탕으로 만들어 다이캐스팅법으로 제조된 이중마루용 고강도 알루미늄 패널을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 알루미늄 합금을 이용하여 제조된 알루미늄 패널은 한변의 길이가 600mm인 정사각형의 투영면적을 가질 때 상판 두께 3.0mm 이상 5.0mm 이내, 소단부 기준으로 후면 리브 두께 3.0mm 이상 6.0mm 이내인 규격 범위로 제조함으로써 이중마루용 패널에 적합한 알루미늄 패널을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 알루미늄 합금을 이용하여 제조되는 이중마루용 알루미늄 패널은 한 변의 길이가 600mm인 정사각형의 투영면적을 가질 때 중앙을 마주보는 리브의 경사면에 형성하는 적어도 1°이상의 구배, 중앙을 바라보지 않는 리브에 형성하는 적어도 0.6°이상의 구배를 두는 규격 범위로 제조함으로써 이중마루용 패널에 적합한 알루미늄 패널을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 낮은 유동성의 알루미늄 합금으로 성형이 가능하도록 하기 위해서 이중마루 패널의 상판부와 후면 리브의 두께를 각각 3.0mm 이상이 유지되도록 다이캐스팅 금형을 세팅하는 제1 단계; 및 상기 다이캐스팅 금형에서 응고된 제품의 탈형 부하를 억제하기 위하여 패널의 중앙을 마주보는 리브의 경사면은 1°이상의 구배를 두고, 중앙을 바라보지 않는 리브의 구배는 무게 중량을 감안하여 0.6°이상을 두도록 다이캐스팅 금형을 세팅하는 제2 단계;를 포함하는 이중마루용 알루미늄 패널 제조방법을 제공함으로써 이중마루용 패널에 적합한 알루미늄 패널을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 알루미늄 패널의 상판 두께는 3.0 이상, 5.0mm 이내로 제한하고, 후면 내측 리브의 소단부 두께는 3.0 내지 6.0mm로 제한하도록 다이캐스팅 금형을 조정하는 단계;를 포함함으로써 이중마루용 패널에 적합한 알루미늄 패널을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 알루미늄 합금을 용융시켜 용탕화 하는 단계; 다이캐스팅 금형의 냉각 채널을 용탕의 주탕구와 가스빼기부의 온도 균일화를 위해 다이캐스팅 금형의 표면으로부터 냉각수 유통구멍까지의 깊이가 주탕구 부분보다 상측 가스빼기부분이 낮도록 냉각수 채널을 설정하는 다이캐스팅 금형의 냉각 채널을 세팅하는 단계;를 포함함으로써 이중마루용 패널 제조에 적합한 알루미늄 패널 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 알루미늄 합금을 용융시켜 용탕화 하는 단계; 알루미늄 용탕을 다이캐스팅 금형을 통해 알루미늄 패널로 성형하는 단계;를 포함하며, 다이캐스팅 금형은, 금형 전체의 온도를 일정하게 유지하여 열손실로 인한 용탕의 유동성 저하를 줄이기 위하여 냉각수 유통구멍의 깊이는 가동측 금형 두께 100mm 일 때, 주탕구 부분이 80 내지 85mm 수준이 되도록 하고, 상측으로 올라가면서는 90mm까지 낮추도록 하고, 고정측 금형은 위치에 상관없이 35 내지 40mm 깊이를 유지하도록 설정하는 단계;를 더 포함함으로써 이중마루용 패널 제조에 적합한 알루미늄 패널 을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 알루미늄 합금을 이용하여 다이캐스팅법으로 이중마루용 고강도 알루미늄 패널을 성형하는 단계; 알루미늄 패널의 성형 단계에서 알루미늄 패널의 상판 사각 변부의 표면을 따라 홈을 형성하는 단계; 알루미늄 패널의 상판 표면에 타일을 안착하고 상기 단계에서 형성된 홈을 따라 타일의 이탈을 차단하는 프로텍터를 압입하는 단계;를 포함함으로써 이중마루용 패널 제조에 적합한 알루미늄 패널을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 알루미늄 합금을 이용하여 제조된 알루미늄 패널; 알루미늄 패널의 상면 테두리 사면 의 표면을 따라 형성된 홈; 홈을 따라 압입 되어 타일의 유동을 차단하는 프로텍터;를 포함함으로써 타일의 들뜸 이탈을 차단하는 고성능 이중마루용 알루미늄 패널을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 알루미늄 합금을 이용하여 제조된 알루미늄 패널; 알루미늄 패널의 상면 테두리 사면 의 표면을 따라 형성된 홈; 홈을 따라 압입 되어 타일의 유동을 차단하는 프로텍터;를 포함하고, 프로텍터는, 홈을 따라 압입 되는 압입부; 및 패널 상판의 변부 표면을 마감 처리하는 마스크부;를 일체로 포함함으로써 타일의 이탈을 차단하는 고성능 이중마루용 알루미늄 패널을 제공할 수 있다.
본 발명은, 기존의 다이캐스팅 알루미늄 합금으로는 고강도 이중마루 패널을 제조할 수 없는 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은, 주조용 알루미늄 합금을 주원료로 하여 강성과 탄성, 진동특성이 우수하여 고하중 자동 대차의 동선이나 고하중의 생산 설비의 설치 지역에 적합한 이중마루용 고강도 알루미늄 패널을 제조할 수 있다.
본 발명은, 용융 상태에서 유동성이 부족한 알루미늄 합금을 다이캐스팅법으로 이중마루용 패널로 주조하기 위하여 알루미늄 합금의 유동성 저하에 대응하여 고강도 알루미늄 패널을 제조할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은, 알루미늄 이중마루 패널이 주로 사용되는 크린룸 환경의 고집적화, 대형화, 대량 생산 추세 등의 차세대 생산 설비에서 요구하는 설계 하중을 충족시킬 수 있는 고강도 알루미늄 패널을 제공할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은, 알루미늄 패널 표면의 마감재로 사용되는 타일의 밀림이나 유동 및 들뜸 등의 문제를 구조적으로 해결하여 고신뢰성 고성능의 고강도 알루미늄 패널을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 알루미늄 다이캐스팅 금형을 이용하여 알루미늄 패널을 성형하는 예를 나타내는 도식도 이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 다이캐스팅 금형을 및 이를 이용하는 알루미늄 패널을 성형 과정 설명도 이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 알루미늄 패널 성형을 위한 다이캐스팅 금형의 냉각 채널 및 온도 분위기 설정 관련 온도 분포 비교표이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 알루미늄 다이캐스팅 금형을 이용하여 성형된 알루미늄 패널을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 알루미늄 패널의 후면을 나타낸다.
도 6은 도 5의 B-B'선 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 알루미늄 패널의 표면의 예를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 알루미늄 패널의 표면에 타일을 부착하여 처리하는 과정의 예를 나타낸다.
도 9는 알루미늄 패널의 표면 처리 예시도로서 (a)는 타일의 변부가 패널의 표면으로부터 돌출된 상태, (b)는 타일의 변부가 패널의 변부와 일치하도록 접착된 상태이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 알루미늄 패널의 표면 처리 예시도로서 (a)는 타일이 패널 표면에 접착된 상태, (b)는 타일이 패널 표면에 접착되고 마감 처리 된 상태의 예시도 이다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 주조용 알루미늄 합금을 주원료로 하여 강성과 탄성, 진동특성이 우수하여 고하중 자동 대차의 동선이나 고하중의 생산 설비의 설치 지역에 적합한 이중마루용 고강도 알루미늄 패널을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 용융 상태에서 유동성이 부족한 알루미늄 합금을 다이캐스팅의 방법으로 이중마루용 패널로 주조하기 위하여 알루미늄 합금의 유동성 저하에 대응하는 고강도 알루미늄 패널을 제공할 수 있다.
알루미늄 합금
이중마루용 패널에 적합한 고강도 알루미늄 합금은, 6.0 내지 11wt%의 실리콘, 0.5 내지 15wt%의 마그네슘, 1.0 내지 3.0wt%의 구리, 1.2wt%이하의 철, 0.35wt%의 망간, 0.3wt%이하의 니켈 및 69.15 내지 90.65wt%의 알루미늄을 포함할 수 있다. 그리고, 0.2wt%의 티타늄을 더 포함하는 경우 68.95 내지 90.45wt%의 알루미늄을 포함할 수 있다.
실리콘과 니켈 및 티타늄은 기능화 처리를 통해 표면 작용기나 박막의 물성을 유효하게 제어한 상태에서 사용할 수 있는데 이는 첨가 원소의 기능기를 알루미늄 강도 보강 목적으로 유효하게 이용될 수 있으며, 그 기능화 처리에서는 열 플라즈마 기능화 처리를 활용하는 것이 다른 습식의 화학적기상증착법(CVD) 등에 의존하는 기능화 처리에 비해 유리할 수 있다. 이는 실리콘, 니켈, 티나늄 원소들의 기능화 처리를 열 플라즈마를 통해 처리하는 경우 저비용으로 대량으로 기능화 처리할 여지가 충분하기 때문이다.
ASTM 알루미늄 합금 성분 비교

ASTM
CODE		 성 분(wt%)
Si Mg Cu Mn Fe Ni Al 기타(Ti)
실시 예1 6.0-11 0.5-15 1.0-3.0 0.35이하 1.2이하 0.3이하 나머지 0.2이하
비교 예1 A383 9.5-12 0.1이하 2.0-3.5 0.35이하 1.3이하 0.3이하 나머지 0.3이하
비교 예2 A518 0.35 7.5-8.5 0.25 0.35이하 1.8이하 0.15 나머지 0.15이하
ASTM 알루미늄 합금과 실시 예1의 기계적 특성
ASTM CODE 인장강도(Mpa) 경도(HB) 신율
실시 예1 - 210 90 2.5
비교 예1 A383 152 75 3.5
비교 예2 A518 193 80 5.5
상기 표 1의 A383은 다이캐스팅으로 사용량이 가장 많은 Al-Si 합금인 ADC12종의 ASTM(American society for testing materials) CODE로 인장강도는 152MPa이고 75HB의 경도와 3.5의 신율, 탄성계수는 71GPa 이며, A518은 다이캐스팅용으로 사용되는 대표적인 Al-Mg합금으로 인장강도 193MPa이고, 경도는 80HB, 신율 5.0이며 탄성계수는 69GPa로 이러한 Al-Si계 합금과 Al-Mg계합금은 섬세하고 복잡한 형상의 금속주조법인 다이캐스트법에 적합한 유동성과 형상의 내구성에 영향을 미치는 적절한 인장강도와 신율을 가지고 있다. 카메라 케이스, 자동차 엔진 및 구동계 부품 등과 같이 금속의 기계적 성질은 유지하면서 가볍고 높은 인장력과 신율을 요하는 비철금속 성형품의 주재료로 사용되어 왔으며, 본 발명이 속하는 기술 분야로 분류되는 이중마루용 패널의 소재로도 활용되고 있다.
ASTM CODE A383의 Al-Si-alloy, A581의 Al-Mg-alloy는 이중마루재에서 요구되는 단위면적당 하중을 견디는 인장강도를 만족시키기 어렵다. 설계 하중 시의 허용 휨 량은 이중마루 패널의 시공 분야에서 낮아지고 있는데 이런 휨 량을 충족시키기 위해서는 패널의 두께를 증가시켜야 하지만 크린룸 등에서는 높이 기준을 정하고 허용두께를 약 50mm 범위에서 규제되고 있어 대응이 어려울 뿐만 아니라 무게와 재료 사용량의 증가 등으로 전반적으로 불리해진다.
상기 표 1에 의하여, 11wt%의 실리콘, 15wt%의 마그네슘, 3.0wt%의 구리, 1.2wt% 철, 0.35wt%의 망간, 0.3wt% 니켈과 69.15 내지 90.65wt%의 알루미늄을 혼합, 알루미늄 합금을 제조하여 ASTM CDED A383의 Al-Si-alloy, A581의 Al-Mg-alloy와 기계적 성질을 비교한 결과 표 2와 같이 다른 결과를 얻을 수 있었다.
인장강도는 210, 경도는 90, 신율은 2.5를 나타내었다. 이는 ASTM CODE A383의 Al-Si-alloy, A581의 Al-Mg-alloy와 비교되는 것으로, 신율에서 기계적 성질의 저하가 있었지만 강도에 직접 영향을 미치는 인장강도와 경도에서 우수한 기계적 정질을 얻을 수 있었으며, 이를 통해 이중마루용 패널에서 요구하는 두께 제한의 문제, 무게의 경량화의 문제, 고하중 동선용 패널재의 강도 충족 문제 등을 전반적으로 충족시킬 수 있음을 알 수 있었다. 이는 강도 강화목적으로 Al에 Si나 Mg를 투입 원소로 사용하여 열처리를 통해 Al 기지에 금속 간 화합물인 Mg2Si를 석출시켜 분포시키고 이러한 Mg2Si 석출상으로 인해 강도의 증가를 기대하는 일반적인 방법과는 다른 차이를 나타낸다.
예를 들면, 실시 예1에서 Si의 양은 Mg의 약 6~11: 1의 비율을 나타낸다. 따라서, 실시 예1에 따른 알루미늄 합금의 유사 군을 ASTM CODE 기준으로보면 Al-Si-alloy계(A383)로 분류될 수 있으며, 동시에 Mg는 A383에 비해 약 5~150: 1의 비율을 나타냄으로서 Al-Mg-alloy계(A581)로도 분류될 수 있으며, 동시에 AA(Aluminum Association)에서 정한 분류표상 6000 계열의 알루미늄-실리콘-마그네슘 합금(Mg-Al-Si alloy)계열에 해당될 수도 있다.
이중마루용 패널은 그 설치 구조와 사용목적에서 바닥 구조재로 분류된다. 일반적인 이중마루에 대한 강도 시험방법은 'KS F 4760,2008 이중바닥재'와 'JIS A 14502003 프리억세스 플로어 구성재 규격'에 나타나 있다. 이에 따르면, 상부에서 하부로 집중하중을 가하는 굽힘 시험을 사용하도록 되어 있으며, 일반적인 이중마루에 대해서는 최대 약 500kgf의 집중하중에 대하여 4mm 또는 2.5mm이하의 휨이 발생하도록 규정한다. 현실적으로 크린룸을 운영하는 반도체 및 LCD제조 업체에서는 2mm 또는 0.08inch 이내의 휨이 설계하중을 가하였을 때 발생하도록 규정하기도 하며, 설계 하중은 최대 3,000kgf까지로 일반 이중마루재에 요구되는 하중의 수 배에 달하기도 한다.
Al-Si계 합금인 A383소재는 평균적으로 Si 9.5~11.5wt%를 함유한다. 이 경우 알루미늄 다이캐스팅 성형에서 유동성이 뛰어나 섬세한 형상의 성형이 가능하다. 특히 이중마루 패널에서는 얇고 높은 후면 리브의 성형에 유리하고, 냉각시 견고한 Al-Si조직을 형성하여 높은 인장강도를 나타낸다. Al-Mg계 합금인 A518소재는 Mg 7.5~8.5의 석출조직으로 인하여 Al-Si합금에 비하여 높은 인장강도는 가지나 동시에 높아진 신율로 인하여 오히려 탄성계수는 낮게 형성되어져 이중마루 패널의 소재로는 거의 사용되지 않고 있다.
일반적으로 Al합금에서 Si함량이 높아지면 용융된 알루미늄의 유동성이 높아져 성형성이 향상되고, Mg함량이 높아지면 석출조직에 의해 인장강도가 향상되나 신율이 동시에 높아지는 것으로 알려져 있다. 그리고 부품소재에서 고강도의 의미는 높은 인장강도와 신율을 일컫는 것으로 통용되고 있으며 대다수의 고강도 소재의 연구는 실제로 인장강도와 신율의 증가를 목표로 진행되고 있는데 반해 이중마루용 알루미늄 패널은 건축 구조재로써 그 사용과 시험 방법에서 굽힘 하중이 적용된다. 부재에 굽힘 하중이 작용하면 하중이 가해지는 면에서는 압축 응력이 작용하고 하중의 반대면에서는 인장응력이 발생하여 높은 인장강도와 신율을 가진 재료가 오히려 초기 하중에서 쉽게 휨이 발생한다는 문제가 있기 때문에 구조재인 이중마루 패널의 강도를 향상시키기 위해서는 인장강도의 상승과 함께 경도의 상승과 낮은 신율이 필요하다.
따라서, 6.0 내지 11wt%의 실리콘, 0.5 내지 15wt%의 마그네슘, 1.0 내지 3.0wt%의 구리, 1.2wt%이하의 철, 0.35wt%의 망간, 0.3wt%이하의 니켈 및 69.15 내지 90.65wt%의 알루미늄을 포함하거나, 0.2wt%의 티타늄을 더 포함하는 68.95 내지 90.45wt%의 알루미늄으로 되는 알루미늄 합금은, A383 Al-Si계 합금, A581 Al-Mg계 합금 및 AA 6000계 합금에 비해 이중마루 패널에 적합한 우수한 인장강도와 경도 및 신율의 기계적 성질을 갖는 알루미늄 합금으로 제공될 수 있으며, 이는 6.0 내지 11wt% Si, 0.5 내지 15wt% Mg의 함량 조절에 의해 이중마루 패널에서 요구하는 기계적 성질을 충족시킬 수 있었다.
알루미늄 합금 100wt%에 대하여, Si 함량이 6 이하 11wt%를 초과하는 경우, 인장강도 210Mpa/경도 90HB/ 신율 2.5의 기계적 성질에 근접하는 이중마루 패널의 제조가 불가능하다. 마찬가지로 Mg 함량이 0.5 이하 15wt%를 초과하는 경우도 이중마루 패널에서 요구하는 상기 기계적 성질에 근접하는 이중마루 패널의 제조가 불가능하다.
따라서, 상기 표 1과 2로 비교되는 바와 같이 본 발명에서 제시하는 6.0 내지 11wt%의 Si, 0.5 내지 15wt%의 Mg, 1.0 내지 3.0wt%의 Cu, 1.2wt%이하의 Fe, 0.35wt%의 Mn, 0.3wt%이하의 Ni, 0.2wt%의 Ti는 이러한 이중마루 패널 제조에 적합한 기계적 성질을 낼 수 있는 알루미늄 합금으로 제공된 알루미늄 합금 원소들의 함량임을 알 수 있으며, 이는 단순히 기존의 ASTM A383 Al-Si계, ASTM A518 Al-Mg계 또는 AA 6000 계열의 알루미늄 합금의 원소 비율을 조정한 것이 아니고, 이중마루 패널에 최적화되는 알루미늄 합금을 제시하고 있음을 알 수 있다.
상기 표 1과 2의 실시 예1에 따른 알루미늄 합금은 이중마루 패널로 최적화 될 수 있는 여러 상황을 고려한 것이다.
Al 합금에서 Al-Si상을 구성하는 Si함량을 6.0~11.0wt%하고 Mg의 함량은0.5~15wt%로 하여 인장강도와 함께 표면 경도가 증가 되고 신율이 저하되도록 한 것으로, Si 함량이 높아 성형성이 좋은 이유로 많이 사용되는 Al-Si합금에 Mg의 함량이 증가하면 인장강도가 상승한다는 것은 밝혀져 있지만 다량의 Si와 Mg가 함께 고용되기 어려워 신율이 저하되고 유동성 부족이 문제로 되었다. 본 발명의 실시 예1에서는 이러한 문제를 이중마루 패널 제품으로 활용하도록 구성비를 맞춘 것이고, 낮아지는 소재의 유동성은 이중마루용 패널을 다이캐스팅법으로 성형하는 과정에서 충분히 보상하면서 제조할 수 있었다. 이에 대한 구체적은 설명은 후술한다.
또한, 고강도 알루미늄 합금을 얻기 위하여 A383/A518 Al합금 또는 본 발명의 실시 예에 따른 Si와 Mg의 함량 범주에서, 공기중 Mg의 산화방지 목적으로 Ca 또는 Ca 산화물, 또는 이를 대체하기 위한 SrO,Y,Nd 등의 원소를 선별적으로 첨가하여 고강도의 합금재를 얻을 수도 있으나 표면 외관 보다는 강도가 요구되는 구조재 특성을 감안하고, 합금 과정, 고가인 희원소나 별도 원소의 첨가는 알루미늄 패널 제품의 가격 경쟁력을 저하시킬 수 있는바, 상기 표 1과 2의 성분 구성비 및 그에 따른 기계적 성질의 비교 예로 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 실시 예1에 따른 알루미늄 합금은 이러한 여러 점들을 고려한 것이다.
이와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 알루미늄 합금은 인장강도와 경도가 높고 신율이 낮아 종래의 다이캐스팅 알루미늄 합금 소재보다 높은 탄성계수를 가지므로 이중마루용 고강도 패널의 본체를 구성하는데 적합할 수 있다.
알루미늄 합금의 제조
이중마루 패널에 최적화될 수 있는 고강도의 알루미늄 합금은 합금 원소들의 기능기를 조절하거나 제조과정의 일부 조절을 통해서도 조절될 수 있다. 이하에서는, 바람직한 알루미늄 합금의 제조방법의 실시 예에 관하여 설명된다.
실시 예2 또는 3
알루미늄 합금은 아래와 같은 순서로 제조될 수 있다.
알루미늄, 실리콘, 마그네슘, 구리, 철, 망간, 니켈의 각 개별 원소들을 나노 분말화 하는 제1 단계, 제1 단계로부터 처리된 나노 분말화된 알루미늄을 용해하여 용탕을 형성하는 제2 단계, 알루미늄 용탕에 순차적으로 실리콘-마그네슘-구리-철-망간-니켈 분말을 투입하여 용탕으로 주조하는 제3 단계로 알루미늄 합금을 제조할 수 있다.
바람직하게는, 제3 단계에서 원소의 투입 순서는 실리콘-마그네슘-구리-철-망간-니켈 순이고 그 후 연속적으로 티타늄을 투입할 수도 있다. 티타늄은 기타 원소로 분류하여 알루미늄 합금의 기계적 성질에 대한 일부 조절이 필요할 때 택일적으로 첨가할 수 있다.
알루미늄 합금의 제조에서 알루미늄 용탕에 대한 개별 원소의 투입 순서에 따른 차이와 분말화 원소의 사용 특성을 알기 위하여 실시 예3을 추가하고 이를 비교 예3과 4로 비교하여 평가하였다.
평가 도구는, 알루미늄 용탕에 대한 개별 원소들의 투입 순서와 분말의 입도이고, 알루미늄 합금 제조 후 결정상에 대한 조직의 균일도를 육안을 포함하는 판독수단을 이용하여 관찰하는 방법이다.
알루미늄 용탕에 대한 원소 투입순서 분말 입도(nm) 조직결정상
실시 예2 실리콘-마그네슘-구리-철-망간-니켈 10 안정
실시 예3 실리콘-마그네슘-구리-철-망간-니켈 1 비교적안정
비교 예3 니켈-구리-망간-실리콘-철-마그네슘 10 비교적불안정
비교 예4 니켈-구리-망간-실리콘-철-마그네슘 1 불안정
상기 표 3으로 비교되는 바와 같이 알루미늄 용탕에 대한 원소의 투입 순서와 투입하는 원소의 분말 입도는 미세 입자일수록 조직결정이 균일하고 안정화되는 것으로 평가되었다. 이는 원소의 고유 융점과 함께 분말 입도에 따라 개별 원소성분들 간 화합 상태를 안정화시키거나 그렇지 못할 수도 있어 응고 후 결정조직에 영향을 미칠 수 있는 사항의 범주에 속하는 것으로 추측된다.
실시 예2에서 알루미늄 용탕에서 주조되는 용융 원소의 함량은, 실리콘 6.0 내지 11wt%, 마그네슘 0.5 내지 15wt%, 구리 1.0 내지 3.0wt%, 철 1.2wt%, 망간 0.35wt%, 니켈 0.3wt%이거나 티타늄 0.2wt%를 더 첨가하여 알루미늄 합금을 제조할 수 있다.
실시 예2에서 개별 원소들의 나노 분말 입도는 5 내지 10nm 사이즈의 파우더 상태로 가공된 것일 수 있다.
실시 예4
알루미늄 합금은 아래와 같은 순서로 제조될 수 있다.
알루미늄, 실리콘, 마그네슘, 구리, 철, 망간, 니켈들의 개별 원소들을 나노분말화 하는 제1 단계, 개별 원소들 중 실리콘 및 니켈 원소들에 대하여 기능화 처리를 수행하는 제2 단계, 나노 분말화된 알루미늄을 용해하여 용탕을 형성하는 제3 단계, 알루미늄 용탕에 순차적으로 실리콘-마그네슘-구리-철-망간-니켈 분말을 투입하여 용탕으로 주조하는 제4 단계로 알루미늄 합금을 제조할 수 있다.
제2 단계에서는 실리콘, 니켈 외에 티타늄 원소의 기능화 처리를 더 포함할 수 있다.
제4 단계에서 원소의 투입 순서는 실리콘-마그네슘-구리-철-망간-니켈이고, 그 후 연속적으로 티타늄을 투입할 수 있다.
알루미늄 용탕에서 주조되는 용융 원소의 함량은, 실리콘 6.0 내지 11wt%, 마그네슘 0.5 내지 15wt%, 구리 1.0 내지 3.0wt%, 철 1.2wt%, 망간 0.35wt%, 니켈 0.3wt%일 수 있으며, 티타늄 0.2wt%를 더 첨가할 수 있다.
제1 단계 내지 제2 단계에서 파우더로 처리되는 개별 원소들의 나노 분말 입도는 5 내지 10nm 사이즈로 조절하는 것이 바람직하다. 분말 입도가 5 이하이거나 10 나노를 초과하는 경우, 조직결정에 영향을 줄 수 있다.
여기서, 실리콘, 니켈 원소의 기능화 처리는 RF 플라즈마 반응기에서 수행하는 것이 바람직하다.
플라즈마 기능화 처리에서는, 플라즈마 중합을 이용한 실리콘, 니켈 파우더 미세 분말의 박막코팅이 가능하며, 이를 위하여 RF 플라즈마 반응기에 액상 모노모를 주입시키고 반응성 가스로서 O2, N2, NH3, CF4 를 포함하는 전구체(Precusors)를 주입하여 실리콘, 니켈 파우더 표면 작용기나 박막의 물성을 제어하여 이중마루용 패널에 최적화되는 알루미늄 합금을 제조하는데 사용될 수 있다.
예를 들면, Si, Ni, Ti 분말들을 열 플라즈마 반응기에 주입하여 플라즈마 처리하는 과정을 거치도록 하는 과정에서 액상 모노모 중에서 선택된 CF4 , O2, N2, NH3 들을 함께 주입하면 알루미늄 합금 제조에 유리한 기능기를 가지도록 Si, Ni, Ti 미세 입자를 인위적으로 조절할 수 있으며, 이를 통해 이중마루 패널 제조에 최적화되는 알루미늄 합금을 효과적으로 제조할 수 있다. Si, Ni, Ti 원소 분말들의 기능화 처리를 위하여 선택되는 열 플라즈마 처리는 다른 습식 건식처리법이나 화학기상증착법(CVD)들에 비해 유리한 기능화 처리를 제공할 수 있다.
일반적으로 미세입자는 입자 간 거리가 가까워서 입자 간 발데르발스 힘(van der Waals force)이 입자 자신의 중력보다 크고, 높은 표면에너지를 낮추기 위하여 상호응집이 일어나기 쉽다. 이것은 미세입자의 고유특성을 저하시킬 뿐만 아니라 미세 입자의 혼합, 분산, 코팅, 복합재료화 등 분야에서 장애가 되고 있으며, 미세입자의 표면에 기능화기를 도입하여 분산성을 향상시키기 위하여 사용되고 있는 기계적 방식(ball milling, calendering 등)과 화학반응에 의존하는 습식방식(chemical, reduction pyrolysis)은 복잡한 공정과 낮은 생산성, 비환경적인 문제 등이 있고, 그 밖에 분사를 이용한 분말 제조(physical, atomizing), 전기화학적 장치를 이용한 분말 제조(elecrical, decomposition)들도 있으나 복잡한 공정과 낮은 생산성 등을 해결하기 어렵다.
따라서, 알루미늄 합금 성분 원소들 중 실리콘, 니켈에 대한 기능화처리에서 플라즈마 처리는 바람직한 기능화 처리 방법으로 선택될 수 있으며, 기능기의 도입은 알루미늄 합금 원소들의 입자 간 혼합, 분산성 등을 사전에 고려하여 반응성 가스 및 전구체를 통해 의도하는 기능화기를 도입하여 처리할 수 있다.
여기서, 알루미늄 합금을 구성하는 Si, Ni, Ti 미세 입자들에 대한 기능화처리는 입자 간 혼합, 분산성의 향상에 있고, 또한 이를 알루미늄 합금 성분으로 활용하면 그에 따른 효과는 예측될 수 있는 사항이므로 구체적인 설명은 생략한다.
Al - Si ( Mg )계 알루미늄 패널(1)
본 발명의 실시 예에 따르면, 6.0 내지 11wt%의 실리콘; 0.5 내지 15wt%의 마그네슘, 1.0 내지 3.0wt%의 구리, 1.2wt%이하의 철, 0.35wt%의 망간, 0.3wt%이하의 니켈, 69.15 내지 90.65wt%의 알루미늄을 포함하는 이중마루용 고강도 알루미늄 합금을 제공할 수 있으며, 이렇게 제공된 알루미늄 합금은 용탕으로 만들어 다이캐스팅법으로 이중마루용 고강도 알루미늄 패널로 제조된다.
Al - Si ( Mg )계 알루미늄 패널(2)
본 발명의 실시 예에 따르면, 6.0 내지 11wt%의 실리콘, 0.5 내지 15wt%의 마그네슘, 1.0 내지 3.0wt%의 구리, 1.2wt%이하의 철, 0.35wt%의 망간, 0.3wt%이하의 니켈, 0.2wt%의 티타늄 및 68.95 내지 90.45wt%의 알루미늄을 포함하는 이중마루용 고강도 알루미늄 합금을 제공할 수 있으며, 이렇게 제공된 알루미늄 합금을 용탕으로 만들어 다이캐스팅법으로 이중마루용 고강도 알루미늄 패널로 제조된다.
Al - Si ( Mg )계 알루미늄 패널의 제조
본 발명의 실시 예에 따른 이중마루용 알루미늄 패널 제조는 다음과 같이 될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, Si 성분 함량의 최대 값은 11wt% 이다. Mg 성분 함량의 최대 값은 15wt% 이다. 알루미늄 합금을 구성하는 Si, Mg 성분의 함량비가 높을수록 제한된 범위에서 강도와 경도가 높아지고 신율이 낮아지는 것으로 본다.
알루미늄 합금의 용융 상태에서 용탕의 유동성은 Si-Mg 함량이 최대 값에 가까울수록 떨어진다. 이는 이중마루용 알루미늄 패널의 성형성을 떨어뜨리는 원인이 될 수 있다. 따라서, 알루미늄 패널의 강도를 높이는 조건은 용탕의 유동성을 낮추고 그 분위기에서 제조될 수 있다.
알루미늄 패널 제조방법
낮은 유동성의 알루미늄 합금으로 알루미늄 패널을 성형하기 위해서는 사용하는 다이캐스팅 금형의 세팅이 필요하다. 이를 도 1 내지 도 6을 참조하여 제조 방법 1 내지 3으로 구분하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 알루미늄 다이캐스팅 금형을 이용하여 알루미늄 패널을 성형하는 예를 나타내는 도식도 이다. 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 다이캐스팅 금형을 및 이를 이용하는 알루미늄 패널을 성형 과정 설명도 이다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 알루미늄 패널 성형을 위한 다이캐스팅 금형의 냉각 채널 및 온도 분위기 관련 온도 분포 비교표이다. 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 알루미늄 다이캐스팅 금형을 이용하여 성형된 알루미늄 패널을 나타낸다. 도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 알루미늄 패널의 후면을 나타낸다. 도 6은 도 5의 B-B'선 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 이중마루용 알루미늄 패널을 성형하기 위해 사용되는 통상적인 다이캐스팅 금형은 상형(100)과 하형(110)으로 되어 있고, 각각의 금형들에는 냉각 채널(120)들이 있으며, 그 밖에 용탕이 유동하는 런너들, 가동측 금형, 고정측 금형, 냉각수 유통구멍, 주탕구, 가스빼기부분 등을 포함한다. 도 1은 일반적인 다이캐스팅 금형을 나타낸다.
본 발명의 실시 예에 따른 알루미늄 합금은 인장강도와 경도가 높고 신율이 낮아 종래의 다이캐스팅 알루미늄 소재보다 높은 탄성계수를 가지므로 이중마루용 고강도 알루미늄 패널 제품으로 제조하는데 적합하다.
본 발명의 실시 예에 따른 알루미늄 합금을 이용하여 이중마루용 알루미늄 패널 제조를 위한 바람직한 다이캐스팅 금형의 세팅은 다음과 같이 할 수 있다.
제조방법 1
이중마루용 알루미늄 패널(200)의 상판(210) 후면 리브(220)의 두께를 각각 3.0mm 이상이 유지되도록 다이캐스팅 금형을 세팅한다. 그리고, 다이캐스팅 금형에서 응고된 제품의 탈형 부하를 억제하기 위하여 패널(200)의 중앙을 마주보는 리브는 1°이상의 θ 구배를 갖는 구배면(230)를 두고, 중앙을 바라보지 않는 리브는 무게 중량을 감안하여 0.6°이상의 θ1 구배를 갖는 구배면(240)을 두도록 다이캐스팅 금형을 세팅하여 이중마루용 알루미늄 패널을 제조할 수 있다. 이렇게 다이캐스팅 금형의 상형과 하형을 세팅하면 알루미늄 패널(200)의 성형을 완료한 후 탈형 하는 단계에서 탈형 부하로 인해 형성되는 알루미늄 패널의 성형 불량이나 파손을 용이하게 방지할 수 있다.
여기서, 전체 알루미늄 패널(200)의 무게 및 두께 그리고 경량화를 위해 알루미늄 패널의 상판 두께는 3.0 이상, 5.0mm 이내로 제한하고, 후면 내측 리브의 소단부 두께는 3.0 내지 6.0mm로 제한하도록 하는 것이 바람직하다. 상판 두께가 3.0 이하이면 고강도에 취약하고, 5.O 이상이면 고강도를 충족시키지만 두께 증가로 인한 경량화에 불리하고 급격한 재료 소요량이 급격히 증가한다. 따라서 상기 3.0 내지 5.0의 범위는 이러한 점이 반영된 두께이다. 후면 내측 리브의 두께 임계치 3.0 내지 6.0도 상기 상판 두께 임계치에 준하며 탈형 부하를 감안한 두께일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 알루미늄 합금을 이용하여 제조되는 이중마루용 알루미늄 패널은, 한 변의 길이(L)가 600mm인 정사각형의 투영면적을 가질 때 상판 두께 3.0mm 이상 5.0mm 이내, 소단부 기준으로 후면 리브 두께 3.0mm 이상 6.0mm 이내로 두는 것이 바람직할 수 있다. L = 1200mm이면 상판 두께는 6.0 내지 10mm, 후면 리브 두께 6.0 내지 12mm 등으로 비례적으로 두께를 증가시킬 수 있다.
알루미늄 패널의 한 변의 길이 600×600을 기준으로 상판 두께와 리브의 두께를 조절하면 본 발명에서 제공하는 알루미늄 합금 또는 그 제조방법으로 양산된 알루미늄 합금 용탕을 이용하여 이중마루용 알루미늄 패널(200)을 다이캐스팅법으로 성형할 때 유효한 인장강도, 경도, 신율을 충족시키는 고강도 알루미늄 패널을 제조할 수 있으며, 그 최종 제품은 적정 유효 강도를 유지하면서도 지나친 두께 증가로 인한 무게 증가나 재료의 과다 사용에 의한 경제성 저하 등의 문제가 없다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따라 제조되는 알루미늄 패널은 인장강도와 경도가 높고 신율이 낮아 종래의 다이캐스팅 알루미늄 소재보다 높은 탄성계수를 가질 수 있는데, 이에 따라 융융된 알루미늄 합금은 낮은 유동성을 띤다.
이를 다이캐스팅 성형이 가능하도록 하기 위해서 패널의 상판 두께는 최소 3.0 이상으로 되어야 하고, 후면 리브의 두께는 소단부 기준 최소 3.0mm 이상으로 유지하는 것이 바람직하다. 이것은 용융된 알루미늄 합금이 금형의 성형틀 내부로 유입되어 흐를 때 기존의 Al-Si계 합금보다 유동성이 부족하여 단위시간당 빼앗기는 열량이 더 많아 표면 급랭 층이 더 많이 발생할 수 있고 이로 인해 성형을 방해할 수도 있다.
또한, 전술한 바와 같이 필요 이상으로 상판의 두께가 두꺼울 경우 패널의 요구강도와 상관없이 자중이 증가하여 경쟁력이 떨어지는 문제가 있으므로 고강도 알루미늄 패널의 상판 살 두께는 3.0~5.0mm로 제한하는 것이 바람직하고, 후면 내측 리브의 소단부 두께는 3.0~6.0mm로 제한되는 것이 바람직하다. 리브의 구배는 전술한 바와 같이 살빼기에 의한 재료의 절감 및 고강도 알루미늄 소재의 높은 표면경도와 낮은 신율의 영향으로 제품 탈형시 부하가 크므로 리브의 중앙을 바라보는 쪽의 경사면은 최소 1°이상의 구배를 두는 것이 바람직하고, 냉각이 진행되는데 따라 중앙으로 수축되면서 발생하는 수축 응력이 낮은 부분들, 즉 중앙을 바라보지 않는 리브의 구배는 제품의 중량을 감안하여 최소 0.6°이상을 두는 것이 바람직하다.
상기 제조방법을 통해 제조된 마루용 알루미늄 패널의 성형 후 제품은 도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 한 변의 길이(L)가 600mm인 정사각형의 투영면적을 가질 때 상판 두께 3.0mm 이상 5.0mm 이내, 소단부 기준으로 후면 리브 두께 3.0mm 이상 6.0mm 이내로 형성되거나, 또는 한 변의 길이가 600mm인 정사각형의 투영면적을 가질 때, 중앙을 마주보는 리브에 1°이상의 구배가 형성되고, 중앙을 바라보지 않는 리브에는 적어도 0.6°이상의 구배를 갖는 이중마루용 알루미늄 패널일 수 있다.
한편, 한 변의 길이가 600mm인 정사각형의 투영면적을 가지는 이중마루용 패널의 성형에 있어서는 기존의 용융 알루미늄 합금(A383/A518)들에 비해 다소 유동성이 부족한 알루미늄 합금으로 성형하기 위해서 용융 알루미늄이 금형 내에서 열을 잃어가는 속도를 제어하는 방법으로 제어될 수 있다. 낮은 유동성의 알루미늄 합금으로 알루미늄 패널을 성형하기 위해서는 상기 제조방법 1의 예와 같이 사용하는 다이캐스팅 금형의 세팅이 필요하다.
제조방법 2
용융된 알루미늄 합금 용탕을 다이캐스팅 금형을 통해 주입하여 냉각 성형하는데 있어서, 냉각 채널(120)을 용탕의 주탕구와 가스빼기부의 온도 균일화를 위해 다이캐스팅 금형의 표면으로부터 냉각수 유통구멍까지의 깊이가 주탕구 부분보다 상측 가스빼기부분이 낮도록 냉각수 채널을 설정하여 유동성이 낮은 용융 알루미늄 합금을 이용하여 이중마루용 알루미늄 패널을 성형할 수 있다.
제조방법 3
용융된 알루미늄 합금 용탕을 다이캐스팅 금형을 통해 주입하여 냉각 성형하는데 있어서, 다이캐스팅 금형 전체의 온도를 일정하게 유지하여 열손실로 인한 용탕의 유동성 저하를 줄이기 위하여 냉각수 유통구멍의 깊이는 가동측 금형의 두께가 100mm일 때 주탕구 부분이 80 내지 85mm 수준이 되도록 하고, 상측으로 올라가면서 90mm 까지 낮추도록 하고, 고정측 금형의 두께가 100mm 일 때 위치에 상관없이 35 내지 40mm 깊이를 유지하도록 냉각수 유통구멍의 깊이를 조절하여 다이캐스팅 금형을 세팅한 후 이중마루용 알루미늄 패널을 제조할 수 있다.
상기 제조방법 2와 3에 의한 다이캐스팅 금형의 세팅을 통해 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 다이캐스팅 금형의 성형 온도 분위기는 차등적으로 조절될 수 있다.
예들 들면, 도 3에 도시된 바와 같이 알루미늄 패널 성형을 위한 다이캐스팅 금형의 냉각 채널 조절을 통해 다이캐스팅 금형의 온도 분포가 조절될 수 있다.
도 3을 참조하면, 알루미늄 패널의 리브 성형을 위한 리브 간격 사이의 온도를 다른 주변부 온도에 비해 고온대(붉은색-노란색)인 대략 304.308℃(붉은색)부터 452.726℃(노란색)까지 분포되고, 그 외곽 주변부 온도 분위기는 비교적 저온대(주황색)인 대략 274.471℃(주황색)이하, 그 외곽 주변부 온도 분위기는 더 낮은 저온대인 244.761℃(자주색) 등으로 차등적으로 분포될 수 있으므로, 유동성 부족에 의한 알루미늄 합금의 성형 불량의 문제에 대응할 수 있다. 선택적으로 냉각수의 유량은 주조 분위기 온도에 따라 다르게 설정될 수 있으며 금형 전체의 온도를 일정하게 유지하여 열손실로 인한 유동성 저하를 줄여줄 수도 있다.
본 발명에 의하면, 금형의 가동측 및 고정측 금형의 두께 100mm 일 때, 냉각수 유통구멍의 깊이는 가동측 금형의 경우 주탕구 부분의 깊이를 80~85mm수준으로 하고 상측으로 올라가면서는 최소 90mm 까지 낮게 하고, 고정측 금형은 위치에 상관없이 35~40mm 깊이를 유지하도록 하고, 주탕구 부근의 냉각수 유통구멍의 깊이는 10mm 더 낮게 하는 경우, 이는 도 3에 나타나 있는 바와 같이, 금형의 가동측에는 알루미늄 패널의 후면 리브의 형상이 복잡하게 가공되어 있어 표면적이 크고, 고정측 금형은 알루미늄 패널의 상면 형상 대로 평평하게 되어 있어 표면적이 작아서 용융 알루미늄의 열을 많이 빼앗지 않기 때문에 결과적으로 온도 분포가 차등적으로 나타날 수 있다. 고정측과 가동측의 제품 하단의 냉각수 구멍 깊이는 5~10mm 더 낮추는 것이 바람직하다. 이 경우 용탕 주입구인 게이트 부분 냉각이 원활하게 되어 제품의 탈형을 용이하게 할 수 있게 된다.
타일 접착을 포함하는 알루미늄 패널의 제조
이중마루 패널에서 알루미늄 패널의 상판 표면에는 타일을 접착하여 사용될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 타일 접착을 포함하는 이중마루용 알루미늄 패널의 제조방법을 도 7 내지 도 10을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 알루미늄 패널의 표면의 예를 나타낸다. 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 알루미늄 패널의 표면에 타일을 부착하여 처리하는 과정의 예를 나타낸다.
도 9는 기존 방식에 의한 알루미늄 패널의 표면 처리 예시도로서 (a)는 타일의 변부가 패널의 표면으로부터 돌출된 상태, (b)는 타일의 변부가 패널의 변부와 일치하도록 접착된 상태이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 알루미늄 패널의 표면 처리 예시도로서 (a)는 타일이 패널 표면에 접착된 상태, (b)는 타일이 패널 표면에 접착되고 마감 처리 된 상태이다.
본 발명의 실시 예에 따른 이중마루용 알루미늄 패널의 제조방법은 알루미늄 합금을 이용하여 다이캐스팅법으로 이중마루용 알루미늄 패널(200)을 성형하고, 알루미늄 패널(200)의 상면 표면에 타일(300)을 안착한다. 그리고, 알루미늄 패널(200)의 다이캐스팅 성형 단계에서 알루미늄 패널의 상면 테두리 사면의 표면을 따라 안으로 파여지는 홈(260)을 형성한다. 그리고, 패널에 형성된 홈(260)을 따라 타일(300)의 이탈을 차단하는 프로텍터(310)를 압입하여 이중마루용 알루미늄 패널의 제조를 완료한다.
이중마루용 고강도 알루미늄 합금 패널은 고강도 알루미늄 합금으로 성형 되는 본체의 상면에 대전방지 기능이나 전도성, 또는 내화학성을 가지는 고,저분자 재료의 타일(300)을 접착할 수 있다.
타일(300)의 접착은 CR계 접착제, 에폭시계 접착제, 우레탄계 접착제 등을 통하여 알루미늄 패널(200)의 상판(210) 표면에 접착하여 구성될 수 있는데, 에폭시계와 우레탄계는 비교적 높은 접착강도를 가지지만 초기 접착 강도가 낮고, 상온에서의 경화에 약 24시간이 소요되는 문제가 있어 초기 접착강도가 높은 CR계 접착제의 사용이 많은 편이다. CR계 접착제는 초기 접착강도가 높아 경화 전이라도 후속 가공 공정을 진행하는데 문제가 없으나, 피 부착물의 표면 조도와 오염, 수분, 가스 등에 의하여 접착력이 급격히 저하되는 문제가 있다.
고강도 알루미늄 패널을 제조하는 본 발명의 실시 예에 따른 알루미늄 합금은 Mg의 함량이 높아 기존 알루미늄 패널에 비해 더 많은 표면 산화를 일으킬 수 있다. 또한 성형물 내부에 H가스를 함유하는 경향이 있어 작은 외력에 의해서도 CR계 접착제를 사용하는 경우 패널의 사용중 타일이 패널의 테두리에서부터 떨어지는 문제가 발생할 가능성이 있다. 알루미늄 패널(200)의 상판(210) 표면에 대하여, 도 9의 (a) 또는 (b)와 같은 타일(300)의 접착 형식은 타일의 작은 외력에 의해서 들뜨거나 외력 작용 방향으로 밀려나가 이탈될 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 알루미늄 패널의 타일 처리 예시도로서 (a)는 타일이 패널 표면에 접착된 상태이다. (b)는 타일이 패널 표면에 접착되고 마감처리 된 상태이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 알루미늄 패널(200)의 다이캐스팅 성형 후 알루미늄 패널(200)의 상면 표면에 타일(300)을 안착하고, 알루미늄 패널의 상면 테두리 사면의 표면을 따라 홈(260)을 형성한 후 패널에 형성된 홈(260)을 따라 타일(300)의 이탈을 차단하는 프로텍터(310)를 압입하여 설치하면, 타일의 이탈을 효과적으로 방지할 수 있다. 여기서, 프로텍터(310)의 소재는 합성수지제, 고무제 등을 자유롭게 선택하여 적용할 수 있으며, 연성과 탄성이 있을 경우 홈(260)을 따라 별도의 부품을 사용하지 않고 원터치 압입으로 간단히 설치할 수 있다.
상기와 같은 알루미늄 패널 제조방법으로 제조된 알루미늄 패널(200)은 알루미늄 패널의 상면 테두리 사면의 표면을 따라 형성된 홈(260)을 따라 타일의 유동을 차단하는 프로텍터(310)를 포함하는 이중마루용 고강도 알루미늄 패널일 수 있다.
또한, 알루미늄 패널(200)의 상면 테두리 사면의 표면을 따라 형성된 홈을 따라 압입되어 타일의 유동을 차단하는 프로텍터(310)는, 홈(260)을 따라 압입되는 압입부(320) 및 패널의 상면 테두리 사면의 표면을 마감 처리하는 마스크부(330)를 일체로 포함하는 이중마루용 고강도 알루미늄 패널일 수 있다. 프로텍터(310)의 마스크부(330)는 도 10의 (b)와 같이 타일(300) 표면과 나란한 평면으로 위치되어 타일(300)의 밀림이나 들뜸 등의 외력에 대한 이탈을 방지하고, 패널의 가장자리 표면을 형성한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 않으며 본 발명의 기술 사상에서 치환, 변형 및 변경은 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다.
100: 다이캐스팅 금형의 상형 110: 다이캐스팅 금형의 하형
120 : 냉각(수) 채널 200: 알루미늄 패널
210: 상판 220: 리브
230.240: 구배(면) 260: 홈
300: 타일 310: 프로텍터
320: 압입부 330: 마스크부

Claims (13)

  1. 6.0 내지 11wt%의 실리콘; 0.5 내지 15wt%의 마그네슘; 1.0 내지 3.0wt%의 구리; 1.2wt%이하의 철, 0.35wt%의 망간, 0.3wt%이하의 니켈; 및 알루미늄 69.15 내지 90.65wt%를 포함하는 이중마루용 알루미늄 합금.
  2. 6.0 내지 11wt%의 실리콘; 0.5 내지 15wt%의 마그네슘; 1.0 내지 3.0wt%의 구리; 1.2wt%이하의 철, 0.35wt%의 망간, 0.3wt%이하의 니켈; 0.2wt%의 티타늄; 및 알루미늄 68.95 내지 90.45wt%;를 포함하는 이중마루용 알루미늄 합금.
  3. 알루미늄, 실리콘, 마그네슘, 구리, 철, 망간, 니켈의 각 개별 원소들을 분말화 하는 제1 단계; 상기 단계로부터 처리된 분말화된 알루미늄을 용해하여 용탕을 형성하는 제2 단계; 및 상기 알루미늄 용탕에 순차적으로 실리콘-마그네슘-구리-철-망간-니켈 분말을 투입하여 용탕으로 주조하는 제3 단계;로 이루어지는 이중마루용 알루미늄 합금 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 알루미늄 용탕에서 주조되는 용융 원소의 함량은, 실리콘 6.0 내지 11wt%; 마그네슘 0.5 내지 15wt%; 구리 1.0 내지 3.0wt%; 철 1.2wt%; 망간 0.35wt%; 및 니켈 0.3wt%;인 이중마루용 알루미늄 합금 제조방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 알루미늄 용탕에서 주조되는 용융 원소의 함량은, 실리콘 6.0 내지 11wt%; 마그네슘 0.5 내지 15wt%; 구리 1.0 내지 3.0wt%; 철 1.2wt%; 망간 0.35wt%; 니켈 0.3wt%; 및 티타늄 0.2wt%;인 이중마루용 알루미늄 합금 제조방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 한 항의 알루미늄 합금을 사용하여 제조된 이중마루용 알루미늄 패널.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금을 이용하여 제조되는 이중마루용 알루미늄 패널은, 한 변의 길이가 600mm인 정사각형의 투영면적을 가질 때 하기의 범위를 갖는 것으로,
    상판 두께 3.0mm 이상 5.0mm 이내,
    후면 리브 두께 3.0mm 이상 6.0mm 이내인 이중마루용 알루미늄 패널.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금을 이용하여 제조되는 이중마루용 알루미늄 패널은, 한 변의 길이가 600mm인 정사각형의 투영면적을 가질 때 하기의 범위를 갖는 것으로,
    중앙을 마주보는 리브의 경사면에 형성된 적어도 1°이상의 구배,
    중앙을 바라보지 않는 리브에 형성된 적어도 0.6°이상의 구배를 둔 이중마루용 알루미늄 패널.
  9. 낮은 유동성의 알루미늄 합금으로 성형이 가능하도록 하기 위해서 이중마루 패널의 상판부와 후면 리브의 두께를 각각 3.0mm 이상이 유지되도록 다이캐스팅 금형을 세팅하는 제1 단계; 및 상기 다이캐스팅 금형에서 응고된 제품의 탈형 부하를 억제하기 위하여 패널의 중앙을 마주보는 리브의 경사면은 1°이상의 구배를 두고, 중앙을 바라보지 않는 리브의 구배는 무게 중량을 감안하여 0.6°이상을 두도록 다이캐스팅 금형을 세팅하는 제2 단계;로 이루어지는 이중마루용 알루미늄 패널 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 단계에서 알루미늄 패널의 상판 두께는 3.0 이상, 5.0mm 이내로 제한하고, 후면 내측 리브의 소단부 두께는 3.0 내지 6.0mm로 제한하도록 다이캐스팅 금형을 조정하는 단계;를 포함하는 이중마루용 고강도 알루미늄 패널 제조방법.
  11. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금을 용탕화 하는 단계; 상기 알루미늄 용탕을 다이캐스팅 금형을 통해 알루미늄 패널로 성형하는 단계;를 포함하며, 상기 다이캐스팅 금형은, 금형 전체의 온도를 일정하게 유지하여 열손실로 인한 용탕의 유동성 저하를 줄이기 위하여 냉각수 유통구멍의 깊이는 가동측 금형 두께 100mm 일 때, 주탕구 부분이 80 내지 85mm 수준이 되도록 하고, 상측으로 올라가면서는 90mm까지 낮추도록 하고, 고정측 금형은 위치에 상관없이 35 내지 40mm 깊이를 유지하도록 설정하는 단계;를 더 포함하는 이중마루용 알루미늄 패널 제조방법.
  12. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금을 이용하여 다이캐스팅법으로 이중마루용 알루미늄 패널을 성형하는 단계; 상기 단계로부터 성형된 알루미늄 패널의 상면 표면에 타일을 접착하는 단계; 상기 알루미늄 패널의 상면 테두리 사면의 표면을 따라 홈을 형성하는 단계; 및 상기 단계에서 형성된 홈을 따라 타일의 이탈을 차단하는 프로텍터를 압입하는 단계;로 이루어지는 이중마루용 알루미늄 패널 제조방법.
  13. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금을 이용하여 제조된 알루미늄 패널; 상기 알루미늄 패널의 상면 테두리 사면의 표면을 따라 형성된 홈; 상기 홈을 따라 압입되어 타일의 유동을 차단하는 프로텍터;를 포함하여 이루어지며, 상기 프로텍터는, 상기 패널 홈을 따라 압입되는 압입부; 및 패널의 상면 테두리 사면의 표면을 마감 처리하는 마스크부;를 일체로 구비하는 이중마루용 알루미늄 패널.
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