KR890002621B1 - 복합합금의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

복합합금의 제조방법
본 발명은 알루미늄, 또는 알루미늄 합금을 주성분으로 하는 붕소 함유 복합합금의 제조방법에 관한 것이다.
알루미늄의 용해 및 주조작업에 있어서, 일반적으로 용융 알루미늄에 붕소를 첨가하는데, 붕소는 Al결정의 핵생성시 중요한 역할을 하는 TiB2결정을 생성시키며, 또한 결정 미세화에 중요한 역할을 한다.
또한 알루미늄 합금에 상기 붕소를 첨가하면 티타늄이 TiB2결정 형태로 석출함으로써 합금의 전기 전도도를 향상시키는 기술이 알려져 있다. 이와같은 종래의 기술에서 알루미늄에 첨가되는 붕소의 량은 수백 ppm정도의 저농도로 첨가되며, 이와같이 소량을 첨가하는 것이 특정시기에 문제를 야기하면 AT5B같은 모합금의 사용함으로써 해결된다. 그러나, 붕소의 첨가량이 수%의 수준까지 올라가는 경우에는 상황이 달라진다.
실제로 알루미늄에 대한 붕소의 용해도는 매우 낮아 알루미늄의 융점을 기준으로 했을때 300ppm 정도밖에 되지 않으며, 따라서 종래의 용융 및 주조공정을 사용하여 붕소가 함유된 합금을 제조하고자 하는 경우 붕소의 불완전 용해, 붕소의 손실 및 심한 붕소의 편석등과 같은 문제가 발생된다. 그결과 기대하는 조성을 가지는 복합합금을 얻을 수 없고, 합금의 조직도 불균일해지게 된다.
프랑스 특허 제1,265,089호는 2.5-10%의 붕소를 함유한 알룸미늄 합금에 관한 것인데, 이 특허의 발명자는 상기 합금을 제조하는데 용융 알루미늄에 붕소를 첨가하는것, 또는 용융 알루미늄과 붕소를 붕소화합물 형태(예, 보락스(borax))로 환원시키는 것이 필요하다고 하였으나, 전자의 경우는 제조된 합금내에 합금된 붕소의 함량이 극히 소량이 되며, 또한 붕소의 용해에 장시간이 필요하다는 문제점이 있고, 후자의 경우는 상기 보락스가 산소와 그밖의 불순물을 흡수하는 성질이 있기때문에 문제가 된다. 상기 발명자는 이어서 알루미늄에 알칼리 금속 플루오로보레이트(fluoroborate)를 접촉 환원시킴에 의해 붕소를 함유시키는 방법을 제안하였다. 그러나, 이 방법은 번잡한설비가 필요하며, 생산성이 떨어지고, 붕소의 일부가 KBF4와 BF3화합물 형태로 손실되며, 또한 이 화합물에서는 매우 유독한 HF가 방출됨으로써 대기 오염의 문제가 있게된다.
게다가, 위의 제조방법으로 얻어진 합금은 알루미늄의 정제용으로 사용하기 위한 것이므로 합금내의 붕소의 평균 농도만이 중요관심사가 되고, 그 균질도(homogeneity)는 전혀 고려하지 않은 합금이다.
따라서, 다량의 붕소가 균일하게 분포되어 있어야 하는, 소위 고붕소 농도의 합금(예, 고내마모성 합금 또는 중성자 흡수합금)을 제조하고자 하는 경우에는 위 방법을 사용할 수 없다.
프랑스 특허 제2,231,764호는 핵산업용 붕소함유 부품을 제조함에 있어 위의 방법대신 분말 야금법을 이용하고 있는데, 이 방법은 금속과 붕소 함유물질 각각을 분말화한 다음, 혼합하고, 가압성형하여 소결시키는 것을 특징으로 하고 있다.
위와같은 분말 야금에 의한 붕소 함유합금의 제조방법은 그 균질도면에서는 분명히 성공을 거두었으나, 이 방법은 종래의 용융주조방법보다 분말화 공정이 더 필요하고, 또한 필요한 제품의 형상을 자유롭게 얻어낼 수 없다는 문제점이 있다.
다른 하나의 해결책은 알루미늄과 탄화붕소(B4C)로 구성된 복합합금을 제조하는 것인데, 이 방법에 의해 얻어진 합금은 그 기계적 특성이나 기계가공성의 불량은 논외로 하더라도 주조공정이 매우 어렵고, 또한 이 합금은 수성 분위기(aqueous media)에서 사용하는 경우에는 알루미늄 도금을 하여 보호해주어야 한다.
본 발명은 전술한 문제점을 해소한, 30중량%까지의 붕소를 함유하는 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 주성분으로 하는 그리고 균일한 조직과 적절한 기계적 특성을 가지는 복합합금을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 이 제조방법에서 붕소 손실량은 거의 영에 가깝고, 또한 제조 설비도 단순한 설비비도 매우 저렴하다.
본 발명의 방법에 있어서, 붕소는 붕화 알루미늄 상태로 액체 알루미늄에 첨가된다. 따라서, 본 발명의 방법은 가장 전통적인 합금방법을 사용하는 것이지만, 종래기술과는 달리 사용하는 붕소가 원소붕소, 산화물 형태의 붕소, 또는 염형태의 붕소(예, 보락스, 플루오로보레이트)가 아니고 붕화 알루미늄 형태의 붕소이다.
위의 붕화 알루미늄 형태의 붕소라함은 디보라이드(AlB2)나 도데카보라이드(AlB12) 또는 이들의 혼합물 형태의 화합물로서, 이들 화합물은 공기중에서 안정도가 매우 높고, 휘발성이 거의 없으며, 또한 유독성 물질을 방출하지 않는 이점이 있는 화합물이다. 이들 화합물은 당기술분야에 잘알려져 있는 방법으로 제조되는 것으로서 평균 입경이 5-30μm인 입자형태로 제조한 다음, 그 표면에 알루미늄을 씌워서 액체 알루미늄에의 첨가시 양호한 습윤성(wetting)을 가지도록 되어 있다.
상기 화합물을 알루미늄이나 시리즈 2000 내지 시리즈 8000의 알루미늄 합금욕(이 합금욕은 예로써 AT5B로 사전에 정제한 것이 바람직하다.)에 첨가한다. 이 합금욕의 표면은 종래의 알루미늄 제조공정에 사용하는 탈산용 플럭스(deoxidising flux)로 보호시키며, 또한 이 합금욕은 상기 붕화물의 첨가시 교반상태를 유지하도록 한다.
상기 붕화물의 주입속도는 알루미늄욕 또는 알루미늄 합금욕의 온도가 그 응고 온도 이상을 유지할 수 있는 속도가 되도록 조절된다. 상기 붕화물 첨가 작업은 붕활성 기체분위기(예, 질소분위기)하에서 실시함으로써 공기나 습기로부터의 오염을 방지하는 것이 좋다.
복합합금에 필요한 농도의 붕소가 첨가되었으면 합금욕을 질소분위기나 진공하에서 탈가스 처리한 다음, 얻어진 합금을 직접 완제품 형상으로 주조하거나 단조, 압출, 인발등과 같은 후속처리가 필요한 주괴 형태로 주조한다.
[실시예]
본 발명의 제조방법에 따라 A-S10B3형의 복합합금을 제조하는 이 복합합금을 사용하여 방사능 물질 수송용 바스켓(baskets)을 주조 성형하였다. 이 합금의 현미경 조사결과 알루미늄 합금의 기질내의 붕화물이 규칙적으로 분산되어 있음이 밝혀졌으며, 또한 A-S10 합금과 본원 합금(A-S10B3)의 비교 실험에서 붕소의 존재가 붕소를 제외한 나머지 부분의 특성에 영향으 미치지 않는다는 것이 밝혀졌다. 즉, 물리적인 성질(밀도, 열전도도, 팽창계수 및 응고범위) 또는 기계적성질(강도, 연신율(이는 다소 떨어짐)), 또는 가공성(단조 가공성, 압연 가공성, 인발가공성, 주조성, 용접성, 기계가공성, 유체 기밀성)등의 특성을 전해 해치지 않았다.
또한, 광물성분을 제거한 40℃의 물로 실시한 가수분해 시험 결과 본 발명의 제조방법에 의해 얻어진 합금은 안정성이 매우 높고 부식이 전혀 발생되지 않았다.
본 발명에 따른 제조방법은 고내마모성을 가지는 복합합금의 제조에 이용할 수 있다. 또한 본 발명의 제조방법은 붕소가 흡수원소이므로 공기 또는 수성매질중에서의 핵폐기물로의 저장 및 이송을 위한 용기에 사용되는 중성자 차폐재의 제조에 이용할 수 있다. 따라서 본원 발명의 제조방법에 의해 제조된 복합합금은 특히 종래의 붕소함유 동판 또는 붕소함유 스테인레스강 케이스에 비해 사용이 간편하고, 가격면에서도 유리하므로 종래에 사용되던 붕소 함유 재료 모두를 대신할 수 있다.

Claims (8)

  1. 30중량%까지의 붕소를 함유한, 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 주성분으로 하는 복합합금이 제조방법에 있어서, 상기 붕소를 붕화 알루미늄 형태로 용융 알루미늄에 첨가하는 것을 특징으로 하는 복합합금의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 붕화 알루미늄이 디보라이드(AlB2) 및 도데카보라이드(AlB12)로 이루어진 그룹에 속하는 것을 특징으로 하는 복합합금이 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 붕화물이 평균 입도가 5-30μm인 입자형태이고, 그 표면에 알루미늄이 씌워져 있는 형태로 첨가되는 것을 특징으로 하는 복합합금의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 붕화물의 첨가속도가 알루미늄 온도가 응고 온도이상으로 유지되도록 하는 속도로 조절되는 것을 특징으로 하는 복합합금의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 복합합금의 주조작업전에 탈가스 작업을 실시하는 것을 특징으로 하는 복합합금의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 복합합금의 내마모성 복합합금인 것을 특징으로 하는 복합합금의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 복합합금이 중성자 차폐용 복합합금인 것을 특징으로 하는 복합합금의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 복합합금이 압연, 단조, 압출, 인발 및 주조 성형공정중 어느 하나의 성형공정에 의해 성형되는 것을 특징으로 하는 복합합금의 제조방법.
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