KR20180038783A - 고기능성 알루미늄-마그네슘-규소 합금 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고기능성 알루미늄-마그네슘 합금 및 그 제조방법에 관한 것으로서,
친환경적으로 알루미늄-고함량의 마그네슘 모합금을 제조하는 방법 및 내식성과 기계적 특성이 뛰어난 알루미늄-마그네슘 합금 및 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 관점에 따르면 마그네슘을 포함하는 알루미늄 용탕을 준비하는 단계 및 상기 알루미늄 용탕을 주조하는 단계를 포함하며, 상기 알루미늄 용탕은 마그네슘 모합금을 알루미늄과 같이 용해하여 제조한, 알루미늄-마그네슘 합금의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 다른 관점에 의하면, 알루미늄-마그네슘 합금 주조재로서, 마그네슘을 주 합금 원소로 함유하며 오랜 시간 용탕의 유지 및 용해 과정 중에 마그네슘의 산화가 일어나지 않는 알루미늄-마그네슘 합금이 제공된다.
친환경적으로 알루미늄-고함량의 마그네슘 모합금을 제조하는 방법 및 내식성과 기계적 특성이 뛰어난 알루미늄-마그네슘 합금 및 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 관점에 따르면 마그네슘을 포함하는 알루미늄 용탕을 준비하는 단계 및 상기 알루미늄 용탕을 주조하는 단계를 포함하며, 상기 알루미늄 용탕은 마그네슘 모합금을 알루미늄과 같이 용해하여 제조한, 알루미늄-마그네슘 합금의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 다른 관점에 의하면, 알루미늄-마그네슘 합금 주조재로서, 마그네슘을 주 합금 원소로 함유하며 오랜 시간 용탕의 유지 및 용해 과정 중에 마그네슘의 산화가 일어나지 않는 알루미늄-마그네슘 합금이 제공된다.
Description
본 발명은 알루미늄-마그네슘 모합금 또는 마그네슘-알루미늄 모합금 및 이를 제조하는 방법으로써, 보다 상세하게는 고기능성의 마그네슘을 함유하는 알루미늄 합금의 주조재 및 이를 제조하는 방법이다.
대한민국 공개특허 제10-2012-0054996호(2012년 05월 31일 공개)에 알루미늄-마그네슘 합금 및 그 제조방법이 소개되어 있다.
상기 알루미늄-마그네슘 합금 및 그 제조방법은 높은 마그네슘 조성을 가지는 알루미늄-마그네슘 모합금을 제조한 후 이를 희석화 하여 알루미늄-마그네슘 합금을 제조하는 단계에서는 보호가스를 사용하지 않거나 또는 적게 사용하여도 우수한 주조성을 가지는 알루미늄-마그네슘 합금을 제조할 수 있다.
그러나, 상기 알루미늄-마그네슘 합금 및 그 제조방법은 동등 또는 이하의 마그네슘 함량을 갖는 상용 알루미늄-마그네슘 합금보다 높은 기계적 특성과 내식성의 특성은 나타나 있지 않다.
따라서, 본 발명은 보호가스의 사용을 최소화하면서도 우수한 기계적 특성 및 높은 가공성을 가질 수 있게 하는 높은 마그네슘 함량을 갖는 알루미늄-마그네슘-규소 합금 및 그 제조방법을 제공하는데 발명의 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고기능성 알루미늄-마그네슘 합금 및 그 제조방법은
용해로에 알루미늄을 장입 후, 600도 이상 780도 미만에서 제 1 용탕을 형성하고, 600도에서 780도 사이의 온도를 유지하는 알루미늄 제 1 용탕 준비단계와, 상기 알루미늄 제 1 용탕에 마그네슘을 장입하여 알루미늄-마그네슘 모합금을 주조하는 알루미늄-마그네슘 모합금 주조단계와, 용해로에 알루미늄을 장입 후, 600도 이상 780도 미만에서 제 2 용탕을 형성하고, 600도에서 780도 사이의 온도를 유지하는 알루미늄 제 2 용탕 준비단계와, 상기 알루미늄 제 2 용탕에 알루미늄-마그네슘 모합금 및 규소를 장입하여 알루미늄-마그네슘-규소 합금을 주조하는 알루미늄-마그네슘-규소 합금 주조 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 알루미늄-마그네슘 모합금 주조단계에서, 상기 알루미늄 제 1 용탕에 마그네슘 장입시, 산화방지를 위하여 베릴륨을 첨가하거나 하지 않을 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 알루미늄-마그네슘 모합금에 있어서,
알루미늄-마그네슘 모합금의 마그네슘 조성비는 40 내지 90wt%이고, 알루미늄-마그네슘-규소 합금에서 마그네슘은 0.1 내지 20wt% 이며, 규소는 0.2 내지 1.5wt%이며, 구리는 0.2wt% 이하이고, 잔부는 알루미늄인 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 따른 고기능성 알루미늄-마그네슘 합금 및 그 제조방법은 환경 오염물질인 보호가스를 사용하지 않고 높은 마그네슘 함량을 가지는 알루미늄-마그네슘 모합금의 제조가 가능하다.
또한, 제 1 용탕에서 제조된 높은 마그네슘 함량을 가지는 알루미늄-마그네슘 모합금 및 규소를 제 2 용탕에 희석하여 보다 낮은 마그네슘 함량을 가지는 알루미늄-마그네슘-규소 합금을 제조할 수 있는데, 이에 따른 효과는 다음과 같다.
기계적 특성의 향상 : 마그네슘의 산화가 최소화되면, 불순물의 개제가 최소화 되기 때문에 기존 상용 알루미늄-마그네슘 합금보다 매우 우수한 주조성 및 가공성, 기계적 특성을 가지는 알루미늄-마그네슘-규소 합금을 제조할 수 있다. 또한, 기계적 특성이 향상되면, 기존 전신재로 가공하여 사용하던 부품들을 주조재로 변경할 수 있는데, 이 경우 가공비의 감소 생산량의 증대 등의 효과가 크다. 또한, ADC12 등의 범용 주조 소재가 가진 낮은 경도나 조도 등이 개선되므로 부품에 가공하는 탭 수량의 감소나 제품 중량 감소와 같은 설계적인 측면에서의 중량 감소가 20~30%의 원가 절감으로 이어질 수 있다.
경량화 증대 : 높은 마그네슘 함량을 지니는 알루미늄-마그네슘-규소 합금 제조 시 상용 주물재에 비해 뛰어난 경량화 효과를 지니는데, 알루미늄 주조재의 비중이 2.7정도이고, 본 발명의 비중이 2.42~2.54인 것을 감안하면, 5~10%의 경량화 효과를 가질 수 있다. 최근에는 가솔린 내연기관의 운송수단에서 지속가능한 에너지를 사용하는 운송수단인 전기차로 산업 구조가 재편되고 있는데, 본 발명으로 인해 전기차 배터리 케이스, OBCM(전류 변환장치), 모터 케이스 등에 적용이 가능할 것으로 보이며, 비중으로 인한 경량화 효과는 운송수단의 연비를 높이고 성능 효율을 극대화하는데 매우 중요한 이슈로 대두되고 있기 때문에, 본 발명으로 인한 효과는 현재 범용 소재가 갖는 비중의 한계점을 넘음으로써, 해당 산업에 대한 적용이 용이할 것이다.
높은 내식성 : 국내 대기업 연구소 및 외부 공인기관 시험 결과 염수분무 테스트를 720시간 이상 통과하였는데, 이는 매우 유의미한 결과를 가진다. 현재 대부분의 산업용 부품들은 소재의 낮은 내식성으로 산처리, 도장, 아노다이징 등의 표면처리 과정을 거치는데 표면처리 공정은 불량률이 매우 높은 공정이며 단가 또한 비싸다. 그러나 본 발명의 특징은 높은 내식성을 지니므로, 도장공정시 크로메이트 처리 배제, 무도장 처리, 아노다이징 또는 크롬 도금 공정 배제가 가능하므로 표면처리 공정에서 발생되는 분진, 폐슈, 비용, 공정 시간 등을 감소시켜 친환경적인 부품의 생산이 가능하게 되며, 제조원가의 감소와 제조 공정의 축소로 인한 반보 공정 효과도 있다. 또한 주방용품 소재로 사용시 매우 우수한 내식 특성으로 인해 알루미늄 산화물 억제로 인한 코팅 수명의 증대, 유해 물질의 용출 억제 등의 효과가 있다.
낮은 기공 불량률 : 마그네슘 산화물이 줄어들면 용탕의 유동성이 증대되므로, 주조시 기공 발생율이 줄어든다. 이는 생산량 증대 및 불량률 감소에 효과적이다. 기공 불량이 주조 후 표면처리를 마친 뒤 가공 공정에서 발생한 경우 해당 부품은 불량으로 처리되어 주조, 표면처리, 가공 등에서 발생한 비용의 손실을 가져오게 되므로, 본 기술로 인한 낮은 기공 발생율은 총 원가 관점에서 보면 비용 감소에 매우 중요한 의미를 가진다. 특히 주방용품 주조와 같이 불량률 관리가 까다로운 공정에 있어 높은 수율 증대를 가지고 올 수 있다.
주조성 향상 : 기존 알루미늄-마그네슘-규소 합금은 합금의 녹는점/굳는점의 차이가 알루미늄-규소 합금에 비해 큰 값을 갖고, 용탕 내의 다량의 산화물 존재로 인해 용탕의 흐름성이 좋지 않은 단점이 있어 비교적 형상이 단순한 제품에만 사용되고 있는 것이 실정이나, 본 발명에 따르면 산화물이 최소화되므로 용탕의 유동성이 확보되어, 0.3mm이하의 박판 성형도 가능하며, 300*500*100 이상의 대형 부품의 주조도 가능하다.
열방출성 향상 : 본 발명의 소재로 LED 히트 싱크 등을 제조하게 되면, ADC12에 비해 뛰어난 열방출성을 지닌다. 열공급원으로부터 열을 받아 빨리 식히는 특싱이 있으므로 각 종 전자기기 및 LED 부품에 적용이 가능하다.
우수한 피막성 : 산화물 및 기타 피막형성에 방해되는 원소가 통제되므로 양호한 아노다이징(양극상화) 처리성을 갖는다. 따라서 현재 적절한 강도를 갖는 주조재로 아노다이징이 되지 않는 단점을 극복하고, 양호한 광택과 피막 두께, 내식성, 색의 구현성 등에서 전신재와 동등 이상의 특성을 지니므로, 기존 판재나 봉재를 가공하여 피막처리를 한 제품들을 본 기술의 발명의 결과로 대체가 가능할 것이다.
용해로에 알루미늄을 장입 후, 600도 이상 780도 미만에서 제 1 용탕을 형성하고, 600도에서 780도 사이의 온도를 유지하는 알루미늄 제 1 용탕 준비단계와, 상기 알루미늄 제 1 용탕에 마그네슘을 장입하여 알루미늄-마그네슘 모합금을 주조하는 알루미늄-마그네슘 모합금 주조단계와, 용해로에 알루미늄을 장입 후, 600도 이상 780도 미만에서 제 2 용탕을 형성하고, 600도에서 780도 사이의 온도를 유지하는 알루미늄 제 2 용탕 준비단계와, 상기 알루미늄 제 2 용탕에 알루미늄-마그네슘 모합금 및 규소를 장입하여 알루미늄-마그네슘-규소 합금을 주조하는 알루미늄-마그네슘-규소 합금 주조 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 알루미늄 제 1 용탕 준비단계 및 알루미늄 제 2 용탕 준비단계에서, 용해로는 반사로, 회전로, 전기로 중 어느 하나를 사용할 수 있고, 주철, 흑연, 내화벽돌 중 어느 하나를 사용한 다양한 방식의 용해로를 사용할 수 있다.
또한, 상기 알루미늄-마그네슘 모합금 주조단계에서, 상기 알루미늄 제 1 용탕에 마그네슘 장입시, 산화방지를 위하여 베릴륨을 첨가하거나 용탕 온도 조절을 통해 첨가하지 수 않을 수 있고, 교반은 용해로 외부에 위치한 전자기 교반장치, 내부에 위치한 유도식 교반장치, 로체의 회전, 작업자에 의한 물리적 교반 방식 중 어느 한 가지를 사용할 수 있고, 마그네슘은 알루미늄에 최대 15%까지 고용이 가능하기 때문에, 적극적인 교반 시, 마그네슘이 알루미늄과 합금이 되는 시간이 단축되어, 마그네슘이 산화되는 비율이 감소할 수 있다. 이후, 용탕 내 합금이 끝나면 주조 방식은 연속주조, 빌레트, 잉고트, 중력주조, 사형주조 또는 다이캐스팅 주조 등 다양한 주조 방식을 사용할 수 있다.
또한, 모합금 제조시 사용되는 알루미늄 또는 마그네슘은 순도 99% 이상의 것을 사용하거나, 기타 비철금속이 함유 된 합금을 사용하는 것이 가능하다. 예를 들어 순수한 원재료가 아닌, 1000계열 합금이 알루미늄 용탕 준비시 사용될 수 있고, AZ91, AZ31 등의 합금은 마그네슘 첨가물로 사용이 가능하다.
또한, 상기 알루미늄-마그네슘 모합금 주조 전에 플럭스, 아르곤가스, 질소가스 중 어느 하나를 사용하여 탈가스를 수행할 수 있다.
또한, 상기 알루미늄 제 2 용탕 준비단계에서, 상기 알루미늄 제 2 용탕의 온도는 상기 알루미늄 제 1 용탕의 온도에 비해 100~200도 낮을 수 있다.
또한, 상기 알루미늄-마그네슘 합금 주조 단계에서, 알루미늄-마그네슘 장입시, 교반은 용해로 외부에 위치한 전자기 교반장치, 내부에 위치한 유도식 교반장치, 로체의 회전 또는 작업자에 의한 물리적 교반 방식 중 어느 하나의 방식을 사용할 수 있고, 마그네슘은 알루미늄에 최대 15%까지 고용이 가능하기 때문에, 합금 시간을 단축하기 위한 적극적인 교반시, 알루미늄-마그네슘 모합금이 알루미늄과 합금이 되는 시간이 단축되어 마그네슘이 산화되는 비율이 현저하게 감소 될 수 있다. 이후, 용탕내 합금이 끝나면 주조 방식은, 연속주조, 빌레트, 잉고트, 중력주조, 사형주조, 다이캐스팅 주조 등 다양한 주조 방식을 사용할 수 있다.
상기와 같은 제조방법에 의한 본 발명에 따른 고기능성 알루미늄-마그네슘-규소 합금은 용탕의 청정도 개선으로 기포 감소, 산화물 및 기타 불순물의 생성이 최소화되어 제품의 특성이 향상된다.
또한, 알루미늄-마그네슘 모합금을 통한 마그네슘 첨가 시 이미 합금화가 된 마그네슘을 투입하기 때문에 용탕에서의 산화가 쉽게 일어나지 않고, 마그네슘의 손실 등의 예방이 가능하다.
또한, 산화물이 최소화되고 입자가 미세화 되면 주조성 및 가공성도 개선되어, 높은 함량을 갖는 알루미늄-마그네슘 합금의 실질적인 상용화가 가능하다.
상기와 같은 방법으로만 용해 및 주조 방법을 한정하지 않으며, 예를 들어 상기와 같은 공정을 반대로하여 알루미늄-마그네슘 모합금이 용해되어 있는 용탕에 순수 알루미늄을 투입하여 알루미늄-마그네슘 합금을 주조 하는 방법도 가능하다.
상기와 같은 방법으로 주조된 알루미늄-마그네슘 합금 조성은 아래와 같다.
■ 성분조성
※ 비고 : 잔부는 알루미늄(Al)
또한, 이하 실시예를 기초로 하여 고기능성 알루미늄 합금 및 그 제조방법에 대해 설명하겠다.
■ 실시예1) 기계적특성 : 본 발명에 따른 알루미늄 합금 제조시 나타나는 기계적 특성이다.
■ 실시예2) 경량성 : 본 발명에 따른 알루미늄 합금 제조시 낮은 비중과 높은 강도로 인한 설계변경으로 가능한 중량 감소 예이다.
■ 실시예3) 내식성 : 본 발명에 따른 알루미늄 합금으로 주조한 부품의 내식성을 염수분무 시험으로 테스트한 결과이다.
*KS D 9502 염수분무시험
■ 실시예4) 기공 검사 : 본 발명에 따른 알루미늄 합금으로 주조한 부품의 기공을 확인한 결과이다.
■ 실시예5) 주조성 : 본 발명에 따른 알루미늄 합금으로 주조한 부품의 박판 성형성을 확인한 결과이다.
■ 실시예6) 높은 열방출성 : 본 발명에 따른 알루미늄 합금으로 주조한 부품의 열방출성을 확인한 결과이다.
*제품 전면에서 골고루 열이 방출되어 LED 단자부위 온도가 ADC12보다 낮음
■ 실시예7) 표면처리성(아노다이징) : 본 발명에 따른 알루미늄 합금으로 주조한 표면처리성을 확인한 결과이다.
■ 실시예8) 금속 표면 조직사진 : 본 발명에 따른 알루미늄 합금으로 주조한 제품의 표면조직을 확인한 결과이다.
*ADC12에 비해 조직이 상이 미세하고 치밀하게 구성되어 있음
상기와 같은 본 발명의 실시예 들에 따른 알루미늄-마그네슘 합금 및 제조 방법은 다양한 알루미늄-마그네슘 합금 및 전신재 또는 주조재에 대한 적용이 가능하다. 예를 들면, 마그네슘-알루미늄 모합금의 제조나, 알루미늄-마그네슘 모합금 제조시에 적용이 가능하며, 또한, 알루미늄-마그네슘 합금 제조시에 있어 마그네슘의 투입 대신 알루미늄-마그네슘 합금 또는 마그네슘-알루미늄 모합금 형태로 첨가가 가능하다. 이를 통해 일반적으로 마그네슘 용탕 산화 방지를 위해 사용하는 환경 오염 가스인 SF6가스 또는 이산화탄소를 배제한 친환경적으로 알루미늄-마그네슘 합금 제조가 가능하며, 마그네슘의 발화나 산화물 발생을 최소화하여 기존 상용합금보다 뛰어난 특성을 갖는 알루미늄-마그네슘 합금을 제조할 수 있다.
Claims (3)
- 용해로에 알루미늄을 장입 후, 600도 이상 780도 미만에서 제 1 용탕을 형성하고, 600도에서 780도 사이의 온도를 유지하는 알루미늄 제 1 용탕 준비단계와, 상기 알루미늄 제 1 용탕에 마그네슘을 장입하여 알루미늄-마그네슘 모합금을 주조하는 알루미늄-마그네슘 모합금 주조단계와, 용해로에 알루미늄을 장입 후, 600도 이상 780도 미만에서 제 2 용탕을 형성하고, 600도에서 780도 사이의 온도를 유지하는 알루미늄 제 2 용탕 준비단계와, 상기 알루미늄 제 2 용탕에 알루미늄-마그네슘 모합금 및 규소를 장입하여 알루미늄-마그네슘-규소 합금을 주조하는 알루미늄-마그네슘-규소 합금 주조 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 고기능성 알루미늄-마그네슘 합금 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 알루미늄-마그네슘 모합금 주조단계에서, 상기 알루미늄 제 1 용탕에 마그네슘 장입시, 산화방지를 위하여 극소량의 베릴륨을 첨가하거나, 용탕 온도 조절을 통해 첨가하지 수 않을 수 있는 것을 특징으로 하는 고기능성 알루미늄-마그네슘 합금 제조방법.
- 알루미늄-마그네슘 합금에 있어서,
알루미늄-마그네슘 모합금의 마그네슘 조성비는 40 내지 90wt%이고, 알루미늄-마그네슘-규소 합금에서 마그네슘은 0.1 내지 20wt% 이며, 규소는 0.2 내지 1.5wt%이며 구리는 0.2wt% 이하이고, 잔부는 알루미늄인 것을 특징으로 하는 고기능성 알루미늄-마그네슘 합금.
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|---|---|---|---|
| KR1020160129844A KR20180038783A (ko) | 2016-10-07 | 2016-10-07 | 고기능성 알루미늄-마그네슘-규소 합금 및 그 제조방법 |
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|---|---|
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| KR (1) | KR20180038783A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102674833B1 (ko) * | 2023-11-20 | 2024-06-13 | 주식회사 성암금속 | 강도와 열전도도가 우수한 합금 조성물 및 주조방법 |
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2016
- 2016-10-07 KR KR1020160129844A patent/KR20180038783A/ko not_active Application Discontinuation
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| KR102674833B1 (ko) * | 2023-11-20 | 2024-06-13 | 주식회사 성암금속 | 강도와 열전도도가 우수한 합금 조성물 및 주조방법 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E601 | Decision to refuse application |