KR20180070406A

KR20180070406A - 다이캐스팅용 알루미늄 합금 및 다이캐스팅 주물

Info

Publication number: KR20180070406A
Application number: KR1020160173047A
Authority: KR
Inventors: 김명덕; 배성모; 신민수; 공평용
Original assignee: 엘지전자 주식회사; 삼보산업(주)
Priority date: 2016-12-16
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2018-06-26
Also published as: US11318526B2; CN110073015A; WO2018111026A1; CN110073015B; US20180169745A1; EP3336211B1; EP3336211A1

Abstract

본 발명은 다이캐스팅용 알루미늄 합금에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 내식성, 강도 그리고 주조성이 우수한 다이캐스팅용 알루미늄 합금에 관한 것이다.
전술한 목적을 구현하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 다이캐스팅용 알루미늄 합금에 있어서, 상기 다이캐스팅용 알루미늄 합금의 대부분은, 주 성분인 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg) 2.5~3.0 중량%, 실리콘(Si) 9.6~10.5 중량%, 아연 0.5 중량% 이하 그리고 구리(Cu)의 중량%가 0.15 중량% 이하 조성되는 것을 특징으로 하는 다이캐스팅용 알루미늄 합금이 제공될 수 있다.

Description

다이캐스팅용 알루미늄 합금 및 다이캐스팅 주물{aluminum alloy for die casting and a device manufatured using the same}

본 발명은 다이캐스팅용 알루미늄 합금에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 내식성, 강도 그리고 주조성이 우수한 다이캐스팅용 알루미늄 합금에 관한 것이다.

다이캐스팅(Die casting)은 다이 주조라고도 불리며, 필요한 구성의 형상, 즉 주조형상에 일치하도록 정밀하게 가공된 금형에 용융 금속을 주입하여 금형과 같은 구성을 제작하는 정밀 주조법이라 할 수 있다. 이러한 다이캐스팅에 의해서 생산된 구성 또는 제품을 다이캐스팅 주물이라고도 한다.

이러한 다이캐스팅을 통해서 치수가 매우 정확한 주물이 제작되기 때문에 표면 가공 등 후속 공정이 거의 필요가 없다. 따라서, 다이캐스팅은 대량 생산에 적합한 주조 방법이라 할 수 있다.

일반적으로 다이캐스팅용 재질로 알루미늄 합금이 많이 사용되고 있다. 알루미늄 합금으로 제작된 주물은 매우 다양한 분야에 사용되고 있으며, 각각의 주 목적에 따라 다양한 종류의 알루미늄 합금이 이용되고 있다.

KSD 6006에는 다이캐스팅용 알루미늄 합금의 구성 성분이 규정되어 있다. 일례로 대략 14종의 합금이 제시되어 있으며, ALDC 1 에서 ALDC 14까지 14종의 알루미늄 합금이 규정되어 있다. 한국 규격과 유사하게 미국규격(AA) 및 일본규격(JIS)도 알루미늄 합금들의 종류에 따른 조성비가 규정되어 있다.

일반적으로 다이캐스팅용 알루미늄 합금으로는 주조성이 우수한 Al-Si계 합금과 내식성이 우수한 Al-Mg계 합금이 있다. 전자의 대표 종으로는 ALDC 3이라 할 수 있으며, 후자의 대표 종으로는 ALDC 6종이라 할 수 있다.

각각의 알루미늄 합금은 고유의 특징을 가지고 있으며, 이에 따라 사용자는 용도에 따라 적절한 알루미늄 합금 종류를 선택하여 사용하고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 세탁기에서 모터의 구동력을 드럼으로 전달하는 동력전달부에는 샤프트와 스파이더(spiper)라는 구성이 필요하게 된다. 상기 스파이더는 중심에 상기 샤프트가 체결되는 샤프트 체결부가 구비되며, 상기 샤프트 체결부에서 방사 방향으로 연장되어 드럼의 하면 내지는 측면과 연결되는 드럼 체결부가 구비된다.

상기 스파이더의 드럼 체결부를 통해서 샤프트의 구동력이 안정적으로 드럼으로 전달될 수 있다.

상기 스파이더는 드럼의 외면에 결합되며 일반적으로 상기 드럼은 세탁수가 저장되는 터브 내부에 수용된다. 따라서, 상기 스파이더는 수분과 접촉되는 구성이므로 부식 우려가 많다. 그리고 모터의 동력을 전달하는 구성이므로 요구되는 강도가 매우 높게 된다. 또한, 세탁기는 일반적으로 대량으로 생산되는 제품이므로 스파이더 또한 대량으로 생산된다. 따라서, 생산성이 우수해야 하며 특히 요구되는 주조성이 만족되어야 한다.

현재 규정된 14종의 알루미늄 합금에는 각각의 특성이 있다. 즉, 내식성, 강도 그리고 주조성 관점에서 각각의 특성을 가지게 된다. 예를 들어, 특정 종의 합금은 내식성이 우수하나 주조성이 낮고, 내식성이 높으나 주조성이 낮은 특징을 갖는다. 따라서, 현재 규정된 14종의 알루미늄 합금으로는 요구되는 내식성, 주조성 그리고 강도 특성을 만족시키지 못하는 경우가 많다.

이러한 알루미늄 합금의 한계로 인해서, 종래의 스파이더는 ALDC 3종인 알루미늄 합금으로 제작하여 사용하였다. ALDC 3종 알루미늄 합금을 사용함으로써 요구되는 주조성 및 강도 특성을 얻을 수 있다. 그러나 세탁수가 일반적인 물이 아닌 염분이 상대적으로 높은 물이 공급되는 환경에서는 ALDC 3종이 제공하는 내식성 특성이 만족되지 않는 문제가 있었다. 따라서, ALDC 3종 자체의 내식성 특성을 보강하기 위하여 별도의 도장 공정이 수행되고 있다.

스파이더의 제작 공정을 살펴보면, 다이캐스팅, 표면 처리(쇼트 처리), 표면 검사, 전착 도장, 도장 검사의 순서로 제작이 수행되었다. 즉, 다이캐스팅과 최종 검사 사이에 표면 처리 및 전착 도장이라는 공정이 추가되어 최종적으로 스파이더가 제작될 수밖에 없었다. 또한, 이러한 다이캐스팅과 전착 도장은 하나의 업체에서 수행되지 않는 것이 일반적이다. 즉, 다이캐스팅을 수행하는 장소와 전착 도장을 수행하는 장소가 서로 다르며, 이를 행하는 주체 또한 서로 다른 것이 일반적이다. 따라서, 생산 시간의 지연, 관리 비용 증가 그리고 물류 비용 증가 등이 발생되어 전체적으로 스파이더 자체의 생산 원가가 증가될 수밖에 없다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명자는 ALDC 3종 보다 내식성이 우수한 알루미늄 합금을 고려하였다. 즉, 내식성이 우수한 알루미늄 합금을 통해서 전착 도장 공정을 생략하여 생산 원가를 줄일 수 있는 방안을 모색하였다.

내식성 관점에서 ALDC 6종이 고려되었다. ALDC 6종은 ALDC 3종 대비하여 내식성이 우수하며 자체적인 시험에서 내식성은 만족할 수 있는 결과를 얻을 수 있었다. 즉, 다이캐스팅 후 전착 도장을 실시하지 않고도 만족할 만한 내식성 특성을 얻을 수 있었다. 또한, ALDC 6종은 ALDC 3종 대비하여 강도도 대략 24% 증가될 수 있다는 결과를 얻을 수 있었다.

그러나 예상된 바와 같이 ALDC 6종은 ALDC 3종에 비해서 주조성이 우수하지 못함을 알 수 있었다. 즉, 알루미늄 다이캐스팅 과정에서 주조성이 우수하지 못하므로 제품 불량 발생률이 높아지며 이에 따라 생산 원가가 증가됨을 알 수 있었다. 이는 ALDC 6종의 고유한 특징에 의해서 발생되는 것임을 알 수 있었다.

알루미늄 합금을 구성하는 실리콘(Si)은 ALDC 3종에서는 0.9 내지 10.0 중량%이며 ALDC 6종에서는 1.0중량% 이하이다. 여기서, 특정 원소의 중량% 가 특정값 이하인 경우는 불순물 차원에서만 조성비가 제어될 뿐 그 조성비가 특별히 제어되지 않는 것이라 할 수 있다.

실리콘(Si) 원소는 일반적으로 금형에 알루미늄 합금을 덜 달라붙게 하는 원소라 할 수 있다. 즉, 다이캐스팅 후 금형에서 제품이 쉽게 분해될 수 있도록 하는 기능을 수행하는 원소라 할 수 있다. 따라서, ALDC 6종에서의 실리콘 함유량이 ALDC 3종에서의 실리콘 함유량의 1/10 수준이므로 이러한 주조성 저하 결과는 매우 당연한 것이라 할 수 있다.

이론적으로 실리콘(Si) 원소 함량이 높아질수록 전의부식성이 높아지는 것으로 알려져 있다. 즉, ALDC 3종과 ALDC 6종의 실리콘 원소 함량의 차이를 통해서 실제 내식성 특징의 차이가 있기 때문에 이러한 내식성 차이의 결과는 이론과 부합될 수 있다.

따라서, 내식성과 주조성이 동시에 개선되거나 만족될 수 있는 것은 업계에서는 불가능한 일로 받아들여지고 있는 것이 현실이라 할 수 있다. 즉, 어느 하나의 특성을 높이면 다른 특성이 저하되는 모순 관계라고 받아들여지고 있다. 이는 알루미늄 합금이 대표적으로 Al-Mg계 합금과 Al-Si계 합금으로 나눠진다는 사실만으로도 명확하게 알 수 있다.

그러므로 특정 물성의 저하는 다른 관점에서 보강되는 것이 일반적이라 할 수 있다. 일례로, 종래처럼 ALDC 3종의 내식성 저하는 도장 등 다른 요소에 의해서 커버하는 것이 일반적인 현실이라 할 수 있다.

본 발명을 통해서 기본적으로 전술한 종래의 문제를 해결하고자 한다.

본 발명의 실시예를 통해서, 내식성과 주조성이 종래의 알루미늄 합금보다 우수한 알루미늄 합금을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예를 통해서, 내식성, 주조성 그리고 강도 특성이 종래의 알루미늄 합금보다 우수한 알루미늄 합금을 제공하고자 한다. 특히, ALDC 6종의 내식성 특성은 유지하며 주조성 및 강도를 개선한 알루미늄 합금을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예를 통해서, 제조 단가를 낮춘 알루미늄 합금 주물을 제공하고자 한다. 특히, 내식성과 주조성이 우수한 알루미늄 합금 주물을 제공하고자 한다. 이를 통해서 내식성 강화를 위해서 도장이 요구되지 않기 때문에 도장으로 제조 원가가 상승되는 것을 방지하고자 한다.

본 발명의 실시예를 통해서, 내식성, 주조성 그리고 강도 특성이 높은 알루미늄 합금 주물을 제공하고자 한다. 특히, ALDC 6종의 내식성 특성은 유지하며 주조성 및 강도를 개선한 알루미늄 합금 주물을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예를 통해서, 스크랩을 재활용할 수 있는 알루미늄 합금 및 알루미늄 합금 주물을 제공하고자 한다.

전술한 목적을 구현하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 다이캐스팅용 알루미늄 합금에 있어서, 상기 다이캐스팅용 알루미늄 합금의 대부분은, 주 성분인 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg) 2.5~3.0 중량%, 실리콘(Si) 9.6~10.5 중량%, 아연 0.5 중량% 이하 그리고 구리(Cu)의 중량%가 0.15 중량% 이하 조성되는 것을 특징으로 하는 다이캐스팅용 알루미늄 합금이 제공될 수 있다. 물론, 일부 불순물이 포함될 수 있다.

상기 합금에서 상기 알루미늄의 중량%가 74.4~77.2 중량%임이 바람직하다. 즉, 대략 70% 이상의 주성분은 알루미늄인 것이 바람직하다.

상기 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 실리콘(Si) 9.9~10.5 중량%로 조성되는 것이 바람직하다.

상기 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 구리(Cu)의 중량%가 0.1 중량% 이하로 조성되는 것이 바람직하다.

상기 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 베를륨(Be)의 중량%가 0.003~0.008 중량%로 조성되는 것이 바람직하다. 즉, 베를륨이 불순물 형태가 아닌 관리되는 성분으로 미량 포함됨이 바람직하다. 이러한 베를륨은 스크랩을 재활용하는 경우에 매우 유용할 수 있다.

더욱 구체적으로, 상기 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 베를륨(Be)의 중량%가 0.003~0.005 중량% 또는 0.050~0.008 중량%로 조성되는 것이 바람직하다.

상기 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 티타늄(Ti)의 중량%가 0.01중량 % 그리고 붕소(B)의 중량%가 0.002~0.004 중량%로 조성되는 것이 바람직하다.

본 실시예에 따른 다이캐스팅용 알루미늄 합금을 통해서 다이캐스팅 주물이 제작될 수 있으며, 상기 다이캐스팅 주물도 본 발명의 일실시예에 속하게 된다.

상기 다이캐스팅 주물 제작을 위한 용탕 온도는 ALDC 3종 알루미늄 합금의 용탕 온도인 650℃ 수준일 수 있다. 그리고, 본 실시예에 따르면 ALDC 3종의 주조성과 동등 수준 또는 그 이상의 주조성을 확보한 다이캐스티용 알루미늄 합금을 제공할 수 있다. 따라서, 종래 ALDC 3종 시 사용한 금형과 제조 공법을 동일하게 하여 사용하는 것이 가능하게 된다. 이를 통해서 초기 제작비가 발생되는 것을 현저히 줄일 수 있다.

상기 다이캐스팅 주물의 내식성 특성은 ALDC 6종 수준과 동등하고, 주조성 특성은 ALDC 3종 수준보다 우수하게 된다.

상기 다이캐스팅 주물의 파괴강도는 3600~4000 kgf/cm² 수준을 갖게된다.

상기 다이캐스팅 주물은 세탁기의 드럼 후벽 또는 하벽에 장착되어 모터의 구동력을 샤프트를 통해 상기 드럼으로 전달하는 스파이더일 수 있다. 상기 스파이더는 세탁수와 직접 접촉하는 구성이다. 즉, 매우 습하고 고온 환경에 직접 노출될 수 있는 구성이다. 따라서, 내식성 및 강도 특성이 우수하여야 한다. 그리고, 생산성 향상을 위해서 주조성도 우수함이 바람직하다. 본 실시예에 따른 알루미늄 합금은 다이캐스팅 주물 자체, 즉 도장이나 기타 강도 보강 구조의 추가가 없더라도,에서 요구되는 주조성, 내식성 그리고 강도 특성을 만족시킬 수 있다. 물론, 외관 디자인을 위한 추가적인 도장을 배제하는 것은 아니다. 사용자에게 직접 노출되는 구성들에도 이러한 주조성, 내식성 그리고 강도 특성이 만족될 필요가 있다.

예를 들어, 드럼 세탁기의 도어 힌지도 본 실시예에 따른 알루미늄 합금으로 제작될 수 있다. 여기서, 상기 도어 힌지는 사용자에게 노출되는 구성이다. 따라서, 외관 디자인이나 표면의 금속 질감을 배제하기 위하여 투명 도장 등이 형성될 수 있다.

한편, 상기 투명 도장은 외부 요인에 의해서 손상될 수 있으며, 손상 부위에서 부식이 발생될 여지가 있다. 그러나 전술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 알루미늄 합금은 내식성이 매우 우수하다. 이를 통해서 도장 손상에도 불구하고 부식 발생을 최소화할 수 있게 된다.

전술한 목적을 구현하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 다이캐스팅용 알루미늄 합금에 있어서, 상기 다이캐스팅용 알루미늄 합금의 대부분은, 주 성분인 알루미늄, 마그네슘(Mg) 2.5~3.0 중량%, 실리콘(Si) 9.6~10.5 중량%, 아연 0.5 중량% 이하, 구리(Cu)의 중량%가 0.1 중량% 이하, 철(Fe)의 중량%가 0.6~0.7 중량%, 망간의 중량%가 0.5~0.6 중량%, 니켈의 중량%가 0.03 중량% 이하, 주석(Sn)의 중량%가 0.03 중량%이하, 납(Pb)의 중량%가 0.05 중량% 이하 그리고 붕소(B)의 중량%가 0.002~0.004 중량%로 조성됨을 특징으로 하는 다이캐스팅용 알루미늄 합금이 제공될 수 있다. 70% 중량의 알루미늄과 기타 소량의 원소들이 포함될 수 있다.

또한 본 발명의 일실시예는 상기 다이캐스팅용 알루미늄 합금을 이용하여 제작된 다이캐스팅 주물을 포함할 수 있다. 이러한 주물의 일례가 세탁기에서의 스파이더나 도어 힌지일 수 있다.

전술한 목적을 구현하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 다이캐스팅용 알루미늄 합금의 대부분은, 주 성분인 알루미늄, 마그네슘(Mg) 2.6~3.0 중량%, 실리콘(Si) 9.9~10.5 중량%, 아연 0.5 중량% 이하, 구리(Cu)의 중량%가 0.15 중량% 이하, 철(Fe)의 중량%가 0.6~0.7 중량%, 망간의 중량%가 0.5~0.6 중량%, 니켈의 중량%가 0.03 중량% 이하, 주석(Sn)의 중량%가 0.03 중량%이하, 납(Pb)의 중량%가 0.05 중량% 이하 그리고 붕소(B)의 중량%가 0.002~0.004 중량%로 조성됨을 특징으로 하는 다이캐스팅용 알루미늄 합금이 제공될 수 있다. 기타 소량의 원소들이 포함될 수 있다.

본 발명의 실시예를 통해서, 내식성, 주조성 그리고 강도 특성이 종래의 알루미늄 합금보다 우수한 알루미늄 합금을 제공하고자 한다. 특히, ALDC 6종의 내식성 특성은 유지하며 주조성 및 강도를 개선한 알루미늄 합금을 제공하고자 한다. 또한, ALDC 3종의 주조성 및 강도를 유지하며, 내식성을 개선한 알루미늄 합금을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예를 통해서, 내식성, 주조성 그리고 강도 특성이 높은 알루미늄 합금 주물을 제공하고자 한다. 특히, ALDC 6종의 내식성 특성은 유지하며 주조성 및 강도를 개선한 알루미늄 합금 주물을 제공하고자 한다. 또한, ALDC 3종의 주조성 및 강도를 유지하며, 내식성을 개선한 알루미늄 합금 주물을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예를 통해서, 스크랩을 재활용할 수 있는 알루미늄 합금 및 알루미늄 합금 주물을 제공하고자 한다. 특히, 세탁기의 스파이더나 도어 힌지를 제공하고자 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 합금을 통해서 제작될 수 있는 스파이더를 도시하고 있다.
도 2는 종래의 ALDC 3종과 ALDC 6종에 의해서 제작된 스파이더와 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 합금을 통해서 제작된 스파이더에 대한 염수분무시험결과들에 대한 사진이다.
도 3은 종래의 ALDC 3종, ALDC 6종 그리고 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 합금의 조성비를 표시하는 표이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 합금에 이르기까지의 테스트 순서에 따른 알루미늄 합금의 조성비를 표시하는 표이다.

이하 본 발명의 실시예에 따른 다이캐스팅용 알루미늄 합금에 대해서 상세히 설명한다.

본 발명은 종래 이론적 내지는 관용적으로 받아들여지고 있는 사실에 대한 의문점으로부터 출발하였다. 즉, 내식성 물성 관점에서 우수한 Mg 함량 증가와 주조성 물성 관점에서 우수한 Si 함량 증가가 서로 양립할 수는 없는가에 대한 의문점으로부터 출발하였다.

실리콘(Si) 함량 증가는 주조성 개선에 효과적이지만 전의부식성이 증가된다는 이론을 과감히 무시하고, ALDC 6종을 기본으로 하여 Si 함량 증가에 대한 시도를 하였다. 이론 상으로는 주조성이 증가되지만 내식성이 저하될 것이라고 예상되지만, 이를 과감히 무시하고 시도하였다.

이하에서는 도 4을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 합금에 이르기까지의 과정에 대해서 상세히 설명한다. 도 4에 표시된 함량 외에 나머지는 대부분 알루미늄이며, 일부 불순물이 포함될 수 있다.

ALDS 6종을 사용한 1차 테스트에서는 전술한 바와 같이 만족할 만한 주조성에 대한 물성을 확보하지 못함을 설명한 바 있다. 이에 추가적으로 7 차례에 걸친 테스트, 즉 총 8 차례 테스트에 사용된 알루미늄 합금의 함량과 이에 따른 물성 결과를 상세히 설명한다. ALDS 3종과 ALDS 6종의 성분들은 도 3을 나타내었다.

ALDS 6종은 요구되는 내식성 특성을 만족한다는 전제하여, ALDS 6종 함량을 기본으로 하여 실리콘 함량을 증가하는 테스트를 수행하였다.

2차 테스트에서는 기존 실리콘의 0.1이하 중량%인 것에서 1.8~2.3 중량%로 증가시켰다. 테스트 결과 요구되는 주조성 물성이 확보되지 않음을 알 수 있었다.

3차 테스트에서는 실리콘 함량을 더욱 늘려 5.6~6.0 중량%로 증가시켰다. 이때, 주조성이 개선된 결과를 얻을 수 있었으나 여전히 요구되는 주조성 물성이 확보되지 않음을 알 수 있었다. 그리고 파괴강도가 2900 kgf/cm² 수준으로 요구되는 수준에 미치지 못함을 알 수 있었다. 따라서, 3차 테스트 결과 실리콘 함량을 증가하면 이론과는 달리 오히려 주조성이 높아질 수 있음을 파악할 수 있었으나, 강도의 개선이 요구됨을 알 수 있었다.

실리콘 함량의 증가에 따라 다른 원소의 함량을 낮출 필요가 있다. 이론적으로는 아연(Zn)은 인장강도 및 경도 등을 효과적으로 증가시키는 원소로 알려져 있다. 그러나 증가된 실리콘 함량에 대응해서 아연 함량을 줄이는 시도를 하였으며, 이 것이 4차 테스트이다.

4차 테스트에서는 3차 테스트에서와 유사한 주조성 특성과 내식성 특성을 얻을 수 있었다. 그리고 강도가 3200 수준으로 개선되었음을 알 수 있었다. 즉, 실리콘 함량과 아연 함량에 대한 일반적인 지식이나 이론과는 다른 양상이 나타나는 것을 알 수 있었다. 즉, 실리콘 함량의 증가 및 아연 함량 감소가 예상과는 달리 주조성 개선 및 강도 개선 결과를 가져옴을 알 수 있었다.

이에, 5차 테스트에서는 실리콘 함량을 더욱 늘리고 아연 함량을 더욱 감소하여 테스트를 수행하였다. 즉, 실리콘을 9.6~10.5 중량% 수준으로 증가시키고 아연을 0.5 중량% 이하 수준으로 감소시키는 테스트를 수행하였다.

5차 테스트 결과, 주조성, 내식성 그리고 강도 측면에서 요구되는 수준을 만족하는 것을 알 수 있었다. 즉, 실리콘, 마그네슘 그리고 아연의 함량에 따른 일반적인 지식이나 이론과는 다른 형태로 테스트 결과가 나타남을 알 수 있었다.

따라서, 도 5에 도시된 5차 테스트에 따른 알루미늄 합금의 조성비를 통해서 주조성, 내식성 그리고 강도 모두 요구되는 특성을 가질수 있음을 확인할 수 있었다. 즉, 일반적인 지식과 상식에서 벗어나 ALDC 3종과 동등한 수준의 주조성과 ALDC 6종과 동등한 수준의 내식성 특성을 갖는 새로운 알루미늄 합금을 발명할 수 있게 되었다. 아울러, 강도 측면에서도 ALDC 3종과 ALDC 6종과 동등한 수준을 갖는 알루미늄 합금을 발명할 수 있게 되었다.

이후, 강도를 더욱 증가시킬 수 있는지 여부에 대한 테스트를 수행하였다. 6차와 7차 테스트는 구리(Cu)의 함량을 증가시켜 강도가 개선되었는지 여부를 테스트 한 것이다. 왜냐하면, 구리는 이론적으로 인장강도 및 경도를 증가시킬 수 있는 원소로 알려져 있기 때문이다.

기대한 바와 같이, 구리의 중량%를 종전의 0.1 중량% 이하 수준에서 0.4~0.6중량% 수준으로 증가시켰더니 강도 특성이 개선된 것을 알 수 있었다. 그러나 6차 테이스에서 알 수 있는 바와 같이 내식성이 오히려 감소되는 결과를 얻을 수 있었다.

따라서, 6차 테스트 조건과 유사한 상태에서 내식성 증가에 관여할 수 있는 마그네슘(Mg)의 함량을 종전 2.0~3.0 중량% 수준에서 3.0~3.5 중량% 수준으로 증가하여 7차 테스트를 수행하였다. 그러나 기대한 바와는 달리 내식성이 개선되지 않는 결과를 얻을 수 있었다.

결국, 5차 테스트 결과에서 강도가 크게 개선되는 것은 용이하지 않음을 알 수 있었고, 구리 함량의 증가를 최소화하여 강도는 개선하되 부식성 특성이 저하되지 않는 결과를 얻기 위해서 8차 테스트를 수행하였다.

즉, 5차 테스트 보다는 구리 함량을 늘리고 6차 및 7차 테스트 보다는 구리 함량을 줄였다. 그리고 마그네슘 함량을 2.6~3.0 중량%로 하여 테스트 하였다. 기대한 바와 같이, 내식성 특성과 주조성 특성은 기대 요구치에 만족하였고 강도 특성도 기대 요구치에 만족함을 알 수 있었다. 8차 테스트를 통해서도 5차 테스트와 마찬가지로 새로운 알루미늄 합금을 발명하게 되었으며, 양자는 매우 유사함을 알 수 있었다. 다만, 8차 테스트를 통해서 발명된 합금의 경우, 내식성과 주조성은 5차 테스트를 통해서 발명된 합금과 동등 수준이나, 강도 특성은 다소 개선된 특징을 얻을 수 있었다.

결국, 5차 테스트와 8차 테스트를 통해서 내식성, 주조성 그리고 강도 특성을 모두 개선할 수 있는 새로운 알루미늄 합금 조성비를 찾아낼 수 있게 되었다. 이러한 새로운 알루미늄 합금을 편의상 ALDC6-Si10으로 명명할 수 있다. 왜냐하면 전술한 바와 같이, 본 합금은 ALDC 6종에서 파생되었다고 볼 수 있으나 양자의 차이는 실리콘 함량의 차이라 볼 수 있기 때문이다.

여러 번의 테스트 과정에서는 업계에서의 일반적인 상식과 벗어나는 시도를 하였고, 결과적으로 업계에서의 일반적인 상식과 벗어나는 결과를 얻을 수 있었다.

한편, 본 발명에 따른 알루미늄 합금을 통해서 우선 세탁기의 스파이더를 제작하였고, 제작된 스파이더가 요구되는 조건들을 만족하는지 살펴볼 필요가 있다.

먼저, 원재료 단가 측면에서 다음과 같은 효과가 있음을 알 수 있었다.

종래 ALDC 3종 및 도장을 수행한 경우 그리고 ALDC 6종을 사용한 스파이더에 비하여 ALDC6-Si10 를 사용한 스파이더는 대략 86-94%의 제조 단가를 갖게 되었다. 이러한 스파이더가 대량 생산됨을 전제로 하면 현저하게 제조 단가를 줄일 수 있음을 알 수 있다. 그리고 전체 함량비의 대부분은 알루미늄이고 기타 성분들은 상대적으로 미량이기 때문에 원재료 단가는 ALDC 3종, ALDC 6종 그리고 ALDC6-Si10 사이 미세한 차이만 있음을 알 수 있다. 또한, 특정 원소의 단가가 급변하더라도 전체적으로 영향이 미세하게 됨을 알 수 있다.

특히, ALDC 6종의 경우에는 용탕 온도가 700℃ 수준이 요구되어 제조가 용이하지 않고 제조 원가가 상승하는 문제가 있다. 그러나 ALDC6-Si10의 경우에는 ALDC 3종에서의 용탕 온도인 650℃와 동등 수준이 요구되므로 종래의 제조 공정이 변화가 거의 없다고 할 수 있다. 물론, 금형의 변화도 거의 없다고 할 수 있다.

따라서, 주물의 재질만 바뀔 뿐 다이캐스팅 시의 금형 및 생산 공정이 변화없이 수행될 수 있기 때문에 초기 투자 비용도 현저히 줄일 수 있게 된다.

이러한 단가 및 비용 차이뿐만 아니라 제조 공정 및 물류가 줄기 때문에 단순히 원가 감소뿐만 아니라 제품 수급 및 생산 일정 관리 등이 원활히 수행될 수 있다는 무형적인 이익의 증가도 기대할 수 있게 된다.

세탁기에서 가장 혹독한 환경인 염수분무시험 후 400 사이클 이상의 고온 삶은 환경에서 내식성에 대한 결과도 매우 만족할 만한 수준이었다.

도 2는 ALDC 3종(도 2(a)), ALDC 6종(도 2(b)) 그리고 ALDC6-Si10(도 2(c))을 통해 제작한 스파이더들에 대한 실험 결과를 보여주고 있다. 부식 발생 위치와 부식 발생 크기 등 ALDS6-Si10에서 내식성 효과가 현저히 우수함을 알 수 있다.

그리고, 구조 외관, 치수, 흔들림, 파괴 강도, 염수 분문 시험, 내습성 시험, 내세제 시험, 섬유 유연제 시험, 내표백제(산소계) 시험, 내표백제(염소계) 시험, 내냉열에 대한 스파이더 자체의 검사 항목에 대해서도 모두 요구되는 특성을 만족할 수 있었다.

또한, 스파이더가 드럼에 부착된 어셈블리에 대한 검사 및 세탁기 전체에 대한 검사에서도 모두 요구되는 특성을 만족할 수 있었다.

한편, 알루미늄 다이캐스팅을 위해서는 일반적으로 잉곳을 용해하여 사용한다. 그러나 알루미늄 다이캐스팅 후 남게 되는 스크랩을 재사용하는 경우가 많다. 즉, 잉곳이 용해되고 굳은 후 다시 용해시켜 재사용하는 것이다. 또한, 제작된 주물의 불량이나 주물의 리사이클을 위해 용해되는 경우가 있다. 특히, 이러한 스크랩의 재사용시 마그네슘이 산화되어 물성이 저하되는 문제가 발생될 수 있다.

따라서, 마그네슘의 산화를 방지하여 용이하게 리턴 스크랩을 사용할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이를 통해서 제조 원가를 낮출 수 있고 환경 보호에도 바람직하기 때문이다.

도 1에 도시된 5차 테스트와 8차 테스트에서는 베를륨(Be)의 중량%가 증가되었음을 알 수 있다. 따라서, 베를륨(Be)의 중량%를 0.005~0.008 중량% 수준으로 함으로써 리턴 스크랩을 보다 용이하게 사용할 수 있음을 알 수 있었다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 대해서 설명하였다. 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능한다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위의 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims

다이캐스팅용 알루미늄 합금에 있어서,
상기 다이캐스팅용 알루미늄 합금의 대부분은, 주 성분인 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg) 2.5~3.0 중량%, 실리콘(Si) 9.6~10.5 중량%, 아연 0.5 중량% 이하 그리고 구리(Cu)의 중량%가 0.15 중량% 이하 조성되는 것을 특징으로 하는 다이캐스팅용 알루미늄 합금.
제 1 항에 있어서,
상기 알루미늄의 중량%가 74.4~77.2 중량%임을 특징으로 하는 다이캐스팅용 알루미늄 합금.
제 2 항에 있어서,
상기 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 실리콘(Si) 9.9~10.5 중량%로 조성되는 것을 특징으로 하는 다이캐스팅용 알루미늄 합금.
제 2 항에 있어서,
상기 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 구리(Cu)의 중량%가 0.1 중량% 이하로 조성되는 것을 특징으로 하는 다이캐스팅용 알루미늄 합금.
제 2 항에 있어서,
상기 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 베를륨(Be)의 중량%가 0.003~0.008 중량%로 조성되는 것을 특징으로 하는 다이캐스팅용 알루미늄 합금.
제 5 항에 있어서,
상기 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 베를륨(Be)의 중량%가 0.003~0.005 중량% 또는 0.050~0.008 중량%로 조성되는 것을 특징으로 하는 다이캐스팅용 알루미늄 합금.
제 6 항에 있어서,
상기 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 티타늄(Ti)의 중량%가 0.01중량 % 그리고 붕소(B)의 중량%가 0.002~0.004 중량%로 조성되는 것을 특징으로 하는 다이캐스팅용 알루미늄 합금.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 다이캐스팅용 알루미늄 합금을 이용하여 제작된 다이캐스팅 주물.
제 8 항에 있어서,
상기 다이캐스팅 주물 제작을 위한 용탕 온도는 ALDC 3종 알루미늄 합금의 용탕 온도인 650℃임을 특징으로 하는 다이캐스팅 주물.
제 8 항에 있어서,
상기 다이캐스팅 주물의 내식성 특성은 ALDC 6종 수준과 동등하고, 주조성 특성은 ALDC 3종 수준보다 우수한 것을 특징으로 하는 다이캐스팅 주물.
제 8 항에 있어서,
상기 다이캐스팅 주물의 파괴강도는 3600~4000 kgf/cm² 임을 특징으로 하는 다이캐스팅 주물.
제 8 항에 있어서,
상기 다이캐스팅 주물은 세탁기의 드럼 후벽 또는 하벽에 장착되어 모터의 구동력을 샤프트를 통해 상기 드럼으로 전달하는 스파이더임을 특징으로 하는 다이캐스팅 주물.
다이캐스팅용 알루미늄 합금에 있어서,
상기 다이캐스팅용 알루미늄 합금의 대부분은, 주 성분인 알루미늄, 마그네슘(Mg) 2.5~3.0 중량%, 실리콘(Si) 9.6~10.5 중량%, 아연 0.5 중량% 이하, 구리(Cu)의 중량%가 0.1 중량% 이하, 철(Fe)의 중량%가 0.6~0.7 중량%, 망간의 중량%가 0.5~0.6 중량%, 니켈의 중량%가 0.03 중량% 이하, 주석(Sn)의 중량%가 0.03 중량%이하, 납(Pb)의 중량%가 0.05 중량% 이하 그리고 붕소(B)의 중량%가 0.002~0.004 중량%로 조성됨을 특징으로 하는 다이캐스팅용 알루미늄 합금.
제 13 항에 따른 다이캐스팅용 알루미늄 합금을 이용하여 제작된 다이캐스팅 주물.
다이캐스팅용 알루미늄 합금에 있어서,
상기 다이캐스팅용 알루미늄 합금의 대부분은, 주 성분인 알루미늄, 마그네슘(Mg) 2.6~3.0 중량%, 실리콘(Si) 9.9~10.5 중량%, 아연 0.5 중량% 이하, 구리(Cu)의 중량%가 0.15 중량% 이하, 철(Fe)의 중량%가 0.6~0.7 중량%, 망간의 중량%가 0.5~0.6 중량%, 니켈의 중량%가 0.03 중량% 이하, 주석(Sn)의 중량%가 0.03 중량%이하, 납(Pb)의 중량%가 0.05 중량% 이하 그리고 붕소(B)의 중량%가 0.002~0.004 중량%로 조성됨을 특징으로 하는 다이캐스팅용 알루미늄 합금.
제 15 항에 따른 다이캐스팅용 알루미늄 합금을 이용하여 제작된 다이캐스팅 주물.