WO2011062447A2 - 알루미늄 합금 및 이의 제조 방법 - Google Patents

알루미늄 합금 및 이의 제조 방법 Download PDF

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이진규
최민호
서정호
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Definitions

  • the present invention relates to an aluminum alloy and a method for producing the same.
  • magnesium is one of the major alloying elements.
  • the addition of magnesium increases the strength of aluminum alloys, favors surface treatment and improves corrosion resistance.
  • oxides or inclusions are mixed into the aluminum molten metal by the magnesium having high chemically oxidizing property, thereby causing a problem of deteriorating molten metal quality.
  • a method of applying a molten surface with a protective gas such as SF 6 may be used when magnesium is added.
  • the present invention is to provide an aluminum alloy having excellent alloying properties and manufacturing method while being environmentally friendly.
  • the present invention is to provide a processed product using such an aluminum alloy. This problem has been presented by way of example, and the scope of the present invention is not limited by this problem.
  • the manufacturing method of the aluminum alloy of one embodiment of the present invention is provided. It provides a magnesium mother alloy and aluminum containing a calcium-based compound. A molten metal in which the magnesium mother alloy and the aluminum are dissolved is formed. The molten metal is cast.
  • the magnesium mother alloy may be prepared by using pure magnesium or a magnesium alloy as a base material, and adding a calcium-based additive to the base material.
  • the magnesium base alloy may be formed by dissolving a base metal to form a base metal melt and adding a calcium-based additive to the base metal melt.
  • the magnesium master alloy may include forming by dissolving the base material and the calcium-based additive together.
  • the magnesium mother alloy may further include stirring the base metal melt to exhaust at least a portion of the calcium-based additive.
  • the calcium-based additive may be reduced in the magnesium molten metal
  • the calcium-based compound is any one or more of the Mg-Ca compound, Al-Ca compound and Mg-Al-Ca compound It may include.
  • it may further comprise the step of adding iron (Fe) to 1.0 wt% or less (greater than zero).
  • the aluminum alloy of one embodiment of the present invention may be an aluminum alloy produced by any one or a combination of the above-described manufacturing methods.
  • An aluminum alloy according to another aspect of the present invention includes an aluminum base and a calcium-based compound present in the aluminum base. Magnesium is dissolved in the aluminum base.
  • the aluminum base has a plurality of regions forming a boundary and separated from each other, and at least a portion of the calcium-based compound may be present in the boundary or the region.
  • the region may be grains and the boundary may be grain boundaries.
  • the region may be an image region defined by different images, and the boundary may be an image boundary.
  • the calcium-based compound may include any one or more of Mg-Ca compound, Al-Ca compound and Mg-Al-Ca compound.
  • the Mg-Ca compound may include Mg 2 Ca
  • the Al-Ca compound may include any one or more of Al 2 Ca and Al 4 Ca
  • the Mg-Al-Ca compound is (Mg , Al) 2 Ca.
  • iron (Fe) may be further included in 1.0 wt% or less (greater than zero).
  • the average size of the grain or phase region in the aluminum matrix may exhibit a smaller value than the aluminum alloy which is manufactured under the same conditions and does not have the calcium-based compound.
  • the tensile strength of the aluminum alloy may exhibit a larger value than the aluminum alloy without the calcium-based compound, furthermore the greater tensile It can have a greater or equivalent level of elongation with strength.
  • the manufacturing method of the aluminum alloy according to the embodiments of the present invention in the process of adding magnesium in the aluminum molten metal stably even if the amount of protective gas, such as SF 6 used conventionally or not significantly reduced Aluminum casting process can be performed. Therefore, while being able to easily increase the content of magnesium added in the aluminum can have advantages in terms of environmental and cost.
  • protective gas such as SF 6 used conventionally or not significantly reduced Aluminum casting process
  • the aluminum alloy cast therefrom due to the improvement of the quality of the molten aluminum can significantly reduce the content of impurities as compared to the prior art can exhibit better mechanical properties.
  • the aluminum alloy prepared by the manufacturing method according to the embodiments of the present invention as the calcium-based compound added with the addition of the magnesium mother alloy is dispersed in the matrix, causing a dispersion strengthening effect and grain refinement effect, such as mechanical mechanical of the aluminum alloy Properties can be significantly improved.
  • magnesium content can be increased in the aluminum alloy, even when the iron content is decreased, sintering occurring during die casting of aluminum can be prevented, and corrosion resistance and elongation deterioration due to iron can be prevented.
  • FIG. 1 is a flow chart showing an embodiment of a method for producing a magnesium mother alloy added to the molten aluminum in the manufacture of an aluminum alloy according to the present invention.
  • Figure 3 is a flow chart showing an embodiment of the aluminum alloy manufacturing method according to the present invention.
  • Figure 4 is a result of observing the molten surface of the aluminum alloy (a) and the aluminum alloy (b) with the addition of the mother alloy prepared by adding calcium oxide (CaO) in accordance with an embodiment of the present invention .
  • Figure 7 shows the results of observing the structure of the aluminum alloy to which the magnesium mother alloy to which calcium oxide (CaO) is added in accordance with an embodiment of the present invention in EPMA (a), and aluminum, calcium as a component mapping result using EPMA , Mapping results of magnesium and oxygen ((b) to (e)) are shown.
  • FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a process of decomposing calcium oxide in the upper layer of the magnesium molten metal when calcium oxide is added to the molten magnesium.
  • an aluminum alloy is prepared by preparing a mother alloy to which a predetermined additive is added and then adding the mother alloy to aluminum.
  • the mother alloy may be used as a base material pure magnesium or magnesium alloy, all of which is referred to as magnesium mother alloy.
  • pure magnesium is defined as a practical meaning that contains no intentionally added alloying elements, and includes impurities that are inevitably added during the manufacture of magnesium.
  • a magnesium alloy is an alloy prepared by intentionally adding another alloy element to magnesium, for example, the alloy element may include aluminum.
  • Magnesium alloys containing aluminum as alloying elements may also be referred to as magnesium-aluminum alloys.
  • the magnesium-aluminum alloy may include not only aluminum as an alloy element but also other alloy elements other than aluminum.
  • FIG. 1 is a flowchart showing a method of manufacturing a magnesium mother alloy in the method of manufacturing an aluminum alloy according to an embodiment of the present invention.
  • Pure magnesium or magnesium alloy may be used as the base material of the magnesium mother alloy.
  • Calcium-based additives added to the base material include calcium-containing compounds such as calcium oxide (CaO), calcium cyanide (CaCN 2 ), calcium carbide (CaC 2 ), calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) and calcium carbonate (CaCO 3 It may include any one or more of).
  • a method of preparing a magnesium master alloy may include a magnesium molten metal forming step (S1), an additive adding step (S2), a stirring and maintaining step (S3), a casting step (S4), and a cooling step (S5).
  • S1 magnesium molten metal forming step
  • S2 additive adding step
  • S3 stirring and maintaining step
  • S4 casting step
  • S5 cooling step
  • the magnesium may be placed in a crucible and the magnesium may be melted to form a molten magnesium.
  • the crucible may be heated to 600 to 800 ° C. to melt magnesium. If the heating temperature is less than 600 ° C., the molten magnesium is hardly formed. If the heating temperature is more than 800 ° C., there is a risk that the magnesium molten metal is ignited.
  • the calcium-based additive may be added to the molten metal of the base metal.
  • the size of the calcium-based additive may be 0.1 to 500 ⁇ m. The size of these additives of less than 0.1 ⁇ m is difficult and expensive to make realistically. If the size of the additive exceeds 500 ⁇ m, such an additive may not react with the magnesium molten metal.
  • the calcium-based additive may be added at 0.0001 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the magnesium mother alloy. If the additive is less than 0.0001 parts by weight, the effect by the additive (hardness increase, oxidation decrease, ignition temperature increase and protective gas decrease) may be small. In addition, if the additive exceeds 30 parts by weight, the original magnesium properties may be weakened.
  • the molten magnesium can be stirred or maintained for an appropriate time.
  • the stirring or holding time may be in the range of 1 to 400 minutes. If the stirring and holding time is less than 1 minute, the additives are not sufficiently mixed in the magnesium molten metal, and if it exceeds 400 minutes, the stirring and holding time of the magnesium molten metal may be unnecessarily long.
  • a small amount of additional protective gas may be selectively provided to prevent ignition of the molten magnesium.
  • the protective gas conventional SF6, SO2, CO2, HFC-134a, Novec TM 612, inert gas and equivalents thereof, or a mixed gas thereof may be used.
  • a protective gas is not necessarily required and may not be provided.
  • the oxidation resistance of magnesium in the molten metal is increased to increase the ignition temperature, so that The amount can be significantly reduced or eliminated. Therefore, according to the magnesium master alloy manufacturing method, it is possible to reduce the environmental pollution by reducing or eliminating the use of a protective gas, such as SF 6 regulated.
  • the calcium oxide in the upper portion of the molten magnesium in the stirring and holding step (S3) can be decomposed into oxygen and calcium.
  • the decomposed oxygen is discharged out of the magnesium molten metal as gas (O 2 ) or floated on the magnesium molten metal as dross or sludge.
  • the decomposed calcium reacts with other elements in the molten metal to form various compounds.
  • the reaction environment can be created so that the calcium-based additive reacts on the surface of the molten metal rather than incorporated into the magnesium molten metal.
  • the calcium-based additive added may remain on the surface of the molten metal for as long as possible and may be stirred on the upper layer of the magnesium molten metal in order to maintain the exposure to the atmosphere.
  • Table 1 shows the results of measuring the residual amount of calcium oxide according to the stirring method when calcium oxide was added to the AM60B magnesium molten metal.
  • the size of the added calcium oxide was 70 ⁇ m, and 5, 10, 15 wt% of calcium oxide was added.
  • the upper layer stirring, internal stirring, and stirring of the molten magnesium were selected. From Table 1, when stirring the upper portion of magnesium, it can be seen that most of the added calcium oxide is reduced to calcium unlike the other cases.
  • the agitation can be carried out at the upper layer within 20% of the total depth of the melt from the magnesium melt surface, preferably at about 10% of the total depth of the melt.
  • stirring is performed at a depth of 20% or more, decomposition of the calcium-based additive on the surface becomes less likely to occur.
  • the time for stirring may vary depending on the temperature of the molten metal and the state of the injected powder, and it is preferable to sufficiently stir until the added calcium-based additive is completely consumed in the molten metal. Exhaustion here means that the decomposition of the calcium-based additives is substantially completed.
  • the decomposition of calcium-based additives in the molten magnesium and the calcium cone produced by such decomposition can further promote the reaction of forming various compounds in the magnesium molten metal.
  • the magnesium molten metal is cast into a mold (S4), cooled, and the solidified mother alloy is separated from the mold (S5).
  • the temperature of the mold in the casting step (S4) may have a temperature range of room temperature (for example, 25 °C) to 400 °C.
  • the cooling step (S5) after the mold is cooled to room temperature, the mother alloy can be separated from the mold, but even when the mother alloy is completely solidified before the room temperature, the mother alloy can be separated from the mold.
  • the mold may use any one selected from a mold, a ceramic mold, a graphite mold, and an equivalent thereof.
  • the casting method may include sand casting, die casting, gravity casting, continuous casting, low pressure casting, squeeze casting, lost wax casting, thixo casting, and the like. .
  • Gravity casting may refer to a method of injecting a molten alloy into the mold using gravity
  • low pressure casting may refer to a method of injecting molten metal into the mold by applying pressure to the molten surface of the molten alloy using gas.
  • Thixocasting is a casting technique in a semi-melt state that combines the advantages of conventional casting and forging.
  • the present invention does not limit the type of mold and the manner of casting.
  • the magnesium master alloy thus prepared may have a base having a plurality of regions that form a boundary and are separated from each other.
  • the plurality of regions separated from each other may be a plurality of grains typically divided into grain boundaries, and as another example, the plurality of regions may be a plurality of phase regions defined by two or more different phase boundaries.
  • the base of the magnesium mother alloy may be present by dispersing the calcium-based compound produced in the mother alloy manufacturing process.
  • the calcium-based compound may be produced by reacting the calcium-based additive added in the base metal melt in the additive addition step S2 with other elements in the magnesium base metal, for example, magnesium and / or aluminum.
  • the calcium-based additive is reduced to calcium in the process of adding and stirring the calcium-based additive to the magnesium molten metal.
  • the calcium-based additives are thermodynamically more stable than magnesium, it is expected that the calcium-based additives will not be separated from the molten magnesium.
  • experiments by the inventors have shown that such calcium-based additives are reduced in the molten magnesium.
  • the reduced calcium can then react with other elements in the matrix, for example magnesium and / or aluminum, to form calcium-based compounds.
  • the calcium-based additive is a source of calcium used to form the calcium-based compound formed in the magnesium mother alloy and is an additive element added to the base metal molten metal during the production of the mother alloy, and the calcium-based compound is supplied from the calcium-based additive.
  • Calcium is a newly produced compound by reacting with other elements in the base metal.
  • Calcium has a certain degree of solubility for magnesium, but it has been found that only some of the calcium reduced from the calcium-based additives in the molten magnesium, as in the present invention, is partially dissolved in the magnesium base and most of them form calcium-based compounds.
  • the calcium-based compound that can be produced may be an Mg-Ca compound, for example, Mg 2 Ca.
  • the base material of the magnesium master alloy is a magnesium alloy, for example, a magnesium-aluminum alloy
  • the calcium compound that can be produced may include any one or more of an Mg-Ca compound, an Al-Ca compound, and an Mg-Al-Ca compound.
  • the Mg-Ca compound may be Mg 2 Ca
  • the Al-Ca compound may include any one or more of Al 2 Ca and Al 4 Ca
  • the Mg-Al-Ca compound may be (Mg, Al) 2 Ca.
  • Calcium-based compounds have a high probability of being distributed in grain boundaries, which are boundaries between grains, or in boundary boundaries, which are boundaries between phase regions.
  • This boundary portion is an open structure compared to the inside of the grain or phase region, and has a relatively high energy, which can provide a favorable position for nucleation and growth of calcium-based compounds.
  • EMA Electron Probe Micro Analyzer
  • (a) shows the microstructure of the magnesium master alloy observed using back scattering electrons.
  • the magnesium master alloy exhibits a region surrounded by a compound (white portion), that is, a polycrystalline microstructure. At this time, the compound (white part) is formed along the grain boundary.
  • (B) to (d) of FIG. 2 are results of mapping the components of the compound (white portion) region to EPMA, showing the distribution regions of aluminum, calcium and oxygen, respectively. As shown in (b) and (c) of FIG. 2, aluminum and calcium were detected in the compound, respectively, but oxygen was not detected as shown in (d).
  • the Al-Ca compound produced by the reaction of calcium separated from calcium oxide (CaO) with aluminum contained in the base material is distributed in the grain boundary of the magnesium mother alloy.
  • the Al-Ca compound may be Al 2 Ca or Al 4 Ca, which is an intermetallic compound.
  • the above EPMA results show that Al-Ca compounds are mainly distributed in the grain boundaries of the magnesium mother alloy, which is more likely to be distributed in the grain boundaries than in the grains due to the nature of the grain boundaries having an open structure as grain boundaries. It is interpreted because.
  • the results of the analysis are not limited to the present invention, because all the calcium-based compounds are distributed only in the grain boundaries, and in some cases, such calcium-based compounds may be found inside the grains.
  • the magnesium master alloy thus prepared may be used for the purpose of being added to an aluminum alloy.
  • calcium supplied from the calcium-based additive added during the alloying process includes a calcium-based compound formed by reaction with magnesium and / or aluminum.
  • These calcium-based compounds are all intermetallic compounds and have a melting point higher than that of aluminum (658 ° C.).
  • the melting point of Al 2 Ca or Al 4 Ca, which is an Al—Ca compound is 1079 ° C. and 700 ° C., respectively, which is higher than that of aluminum.
  • the calcium-based compound when the mother alloy containing such a calcium-based compound is added to the aluminum molten metal, the calcium-based compound can be maintained without melting in the molten metal, when casting the molten metal to produce an aluminum alloy, the calcium in the aluminum alloy System compounds may be included.
  • Such a manufacturing method may include providing a magnesium mother alloy and aluminum containing a calcium-based compound, forming a molten magnesium alloy and an aluminum melt, and casting the molten metal.
  • a molten magnesium alloy and a molten aluminum it can be formed by first dissolving aluminum to form an aluminum molten metal, and then adding and dissolving a magnesium mother alloy containing a calcium-based compound in the aluminum molten metal.
  • the molten aluminum may be formed by mounting aluminum and magnesium master alloy together in a melting apparatus such as a crucible and then heating and dissolving them together.
  • FIG. 3 is a flowchart of a method of manufacturing an aluminum alloy using a method of first forming an aluminum molten metal as an embodiment of a method of manufacturing an aluminum alloy according to the present invention, and then adding and dissolving the magnesium mother alloy prepared by the method described above. .
  • the method for producing an aluminum alloy includes an aluminum molten metal forming step (S11), a magnesium mother alloy addition step (S12), a stirring and holding step (S13), a casting step (S14), and a cooling step (S15). It may include.
  • the aluminum is placed in a crucible and heated in a range of 600 to 900 ° C. to form aluminum molten metal.
  • aluminum may be any one selected from pure aluminum, an aluminum alloy, and an equivalent thereof.
  • the aluminum alloy is, for example, 1000 series, 2000 series, 3000 series, 4000 series, 5000 series, 6000 series, 7000 series and 8000 series Wrought aluminum or 100 series, 200 series, 300 series, 400 series It may be any one selected from among 500 series, 700 series casting aluminum.
  • Aluminum alloys have been developed in various types according to their use, and the types of aluminum alloys are classified according to the standards of the Aluminum Association of America in almost every country today.
  • Table 2 shows the composition of the main alloying elements by the alloy series in thousand units, and adds another improvement element to each alloy series to further subdivide the four-digit number and attach the alloy name.
  • the first number indicates the alloy series representing the main alloying elements as above, the second number indicates the base alloy as 0, the modified alloy as 1 ⁇ 9, and the newly developed new alloy is labeled with N.
  • 2xxx is a base alloy of Al-Cu series aluminum
  • 21xx ⁇ 29xx is an improved alloy of Al-Cu series base alloy
  • 2Nxx is a new alloy developed outside the association standard.
  • the third and fourth numbers indicate the purity of aluminum in the case of pure aluminum, and the alloy name of the Alcoa company used in the past for alloys.
  • 1080 represents at least 99.80% Al and 1100 represents 99.00% Al.
  • the main configuration of this aluminum alloy is shown in Table 3 below.
  • the magnesium master alloy addition step (S12) the magnesium master alloy prepared by the method described above is added to the aluminum molten metal.
  • the magnesium mother alloy used in the magnesium mother alloy addition step (S12) may be added 0.0001 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of aluminum. If the added magnesium master alloy is less than 0.0001 parts by weight, the effect of the addition of the magnesium master alloy (hardness, corrosion resistance, weldability) may be small. In addition, when the magnesium master alloy exceeds 30 parts by weight, the original aluminum alloy may be weakened or not shown.
  • the magnesium master alloy may be added in bulk form.
  • the magnesium master alloy may be added in various forms such as powder form and granule form.
  • the size of the magnesium master alloy may be appropriately selected depending on the dissolution conditions and does not limit the scope of this embodiment.
  • the calcium compound contained in the magnesium master alloy is also provided in the molten aluminum.
  • the calcium-based compound provided into the molten aluminum may include any one or more of an Mg-Ca compound, an Al-Ca compound, and an Mg-Al-Ca compound.
  • a small amount of protective gas may be additionally provided to prevent oxidation of the magnesium mother alloy.
  • the protective gas may use conventional SF6, SO2, CO2, HFC-134a, Novec TM 612, inert gas and equivalents thereof, or a mixed gas thereof, thereby inhibiting oxidation of the magnesium master alloy.
  • such a protective gas is not necessarily required and may not be provided. That is, in the case of adding a magnesium mother alloy containing a calcium-based compound as in the embodiment of the present invention, the resistance to ignition is increased by increasing the oxidation resistance of the magnesium mother alloy, and magnesium that does not contain a conventional calcium-based compound is added. Compared with the case of addition, the presence of impurities such as oxides in the molten metal is significantly reduced. Therefore, according to the aluminum alloy production method of the present invention, the cleanliness of the aluminum molten metal is greatly improved even without using a protective gas can significantly improve the quality of the molten metal.
  • the aluminum molten metal can be stirred or maintained.
  • the molten aluminum can be stirred or maintained for 1 to 400 minutes. If the stirring and holding time is less than 1 minute, the magnesium mother alloy is not sufficiently mixed with the aluminum molten metal. If the stirring and holding time is more than 400 minutes, the stirring and holding time of the aluminum molten metal may be unnecessarily long.
  • the molten aluminum is put into a mold and cast (S14), cooled, and then the solidified aluminum alloy is separated from the mold (S15).
  • the temperature of the mold in the casting step (S14) may have a temperature range of room temperature (for example, 25 °C) to 400 °C.
  • the cooling step (S15) after the mold is cooled to room temperature, the aluminum alloy may be separated from the mold, but even when the aluminum alloy is solidified even before the room temperature, the aluminum alloy may be separated from the mold. Since the casting method has been described in detail with respect to the magnesium mother alloy production method will be omitted.
  • the aluminum alloys produced are 1000 series, 2000 series, 3000 series, 4000 series, 5000 series, 6000 series, 7000 series and 8000 series wrought aluminum or 100 series, 200 series, 300 series, 400 series, 500 It can be any one selected from the series, 700 series casting aluminum.
  • the mechanical properties of the cast aluminum alloy are remarkably improved due to the improvement in cleanliness of the molten aluminum. That is, due to the improvement of the cleanliness of the molten metal, there is no impurities such as oxides or inclusions in the aluminum alloy cast therefrom that deteriorate the mechanical properties, and bubbles in the cast aluminum alloy are also significantly reduced.
  • the inside of the cast aluminum alloy has a cleaner state than the conventional one, the aluminum alloy according to the present invention not only has excellent yield strength and tensile strength as compared with the conventional one, but also has very good mechanical properties such that the elongation is further improved. Have.
  • the loss in the molten magnesium of aluminum added to the aluminum is reduced, and even if a smaller amount of magnesium is added, it is possible to manufacture substantially the same amount of magnesium contained in the aluminum alloy, which is economical aluminum.
  • the alloy can be manufactured.
  • the magnesium mother alloy according to the present invention when added to the molten aluminum, the magnesium instability in the molten aluminum is significantly improved compared to the conventional, it is possible to easily increase the content of magnesium compared to the conventional.
  • Magnesium can be dissolved in aluminum up to 15% by weight and can improve the mechanical properties of aluminum alloys when dissolved. For example, adding magnesium to a 300 series or 6000 series aluminum alloy may improve the strength and elongation of the aluminum alloy.
  • oxides and inclusions caused by magnesium may be mixed in the molten metal and degrade the quality of the aluminum alloy. This problem is exacerbated as the amount of magnesium added increases. Even if it is difficult to stably increase the content of magnesium added to the aluminum molten metal.
  • the magnesium mother alloy can be stably added to the molten aluminum in accordance with the present invention, it is possible to easily increase the content of magnesium in the aluminum alloy as compared with the conventional art and to secure castability while increasing the proportion of magnesium. Therefore, by adding the magnesium master alloy according to the present invention to the 300 series or 6000 series aluminum alloy, it is possible to suppress the incorporation of oxides or inclusions and to improve not only castability but also strength and elongation. Available 500 series or 5000 series aluminum alloys can be used.
  • the aluminum alloy according to the present invention can easily increase the solid solution of magnesium to 0.1% by weight or more, as well as 5% by weight or more, even 6% by weight or even more than 10% by weight to 15%.
  • the stability of magnesium in this aluminum alloy can also work advantageously in the waste recycling of the aluminum alloy.
  • a process of reducing it to a required ratio hereinafter referred to as de-megging process
  • de-megging process a process of reducing it to a required ratio
  • the aluminum alloy prepared by using a magnesium mother alloy containing a calcium-based compound has a technical, environmental, and cost advantage because it is possible to maintain a magnesium ratio of 0.3% by weight or more.
  • the aluminum alloy according to the present invention may further include a step of adding a small amount of iron (Fe) after, for example, the aluminum molten metal forming step (S11) or the master alloy addition step (S12).
  • the amount of iron added at this time may have a smaller value than in the prior art. That is, in the case of casting, for example, die-casting an aluminum alloy, a problem arises that the mold is damaged due to the occurrence of sintering between the mold made of an iron-based metal and the aluminum casting material. 1.0 to 1.5 wt.% Of iron has been added to the aluminum alloy. However, the addition of iron may cause another problem that the corrosion resistance and elongation of the aluminum alloy is reduced.
  • the aluminum alloy according to the present invention may have a high content of magnesium, and when a high content of magnesium is added, a significantly smaller proportion of iron is added to the mold, which has appeared in the related art. Sedimentation problems can be greatly improved. Therefore, it is possible to solve the problems of corrosion resistance and elongation reduction that are conventionally found in die cast aluminum alloy castings.
  • the content of iron (Fe) added in the process of manufacturing the above-described aluminum alloy may be 1.0% by weight or less (greater than 0) relative to the aluminum alloy, more strictly 0.2% by weight or less (greater than 0). Accordingly, the base of the aluminum alloy may include iron in the corresponding composition range.
  • the aluminum alloy prepared according to the manufacturing method of the present invention includes an aluminum base and a calcium-based compound present in the aluminum base, wherein magnesium may be dissolved in the aluminum base. Magnesium may be dissolved in the aluminum matrix of 0.1 to 15% by weight.
  • the aluminum base may have a solid solution of less than or equal to the solid solution limit, for example, 500 ppm or less.
  • the calcium reduced from the calcium-based additives added in the magnesium master alloy is mostly present as a calcium-based compound, and only a part of it is dissolved in the magnesium matrix.
  • the magnesium master alloy is added to the molten aluminum, as the dissolved calcium in the magnesium master alloy is diluted, the amount of calcium dissolved in the base of the actual aluminum alloy also has a small value below the solid solution limit.
  • the aluminum alloy according to the present invention has a structure in which the calcium base compound is separately formed on the aluminum base while the calcium base is dissolved in the aluminum base at or below the solid solution limit, for example, 500 ppm or less.
  • the aluminum base may have a plurality of regions that form a boundary and are separated from each other.
  • the calcium-based compound may exist within the boundary or region.
  • An aluminum base may be defined as referring to a metallic structure in which aluminum is the main component, and in which other alloying elements are dissolved or in which other compounds other than calcium-based compounds are formed as separate phases.
  • the plurality of regions separated from each other may be a plurality of grains typically divided into grain boundaries, and as another example, the plurality of regions may be a plurality of phase regions defined by two or more different phase boundaries.
  • the aluminum alloy according to the present invention may have an effect of improving the mechanical properties resulting from the calcium-based compound formed in the magnesium mother alloy.
  • the calcium compound contained in the magnesium master alloy is also added to the molten metal.
  • the calcium compound is an intermetallic compound formed by the reaction between calcium and other metal elements. All have a melting point higher than that of aluminum.
  • the calcium-based compound when the mother alloy containing such a calcium-based compound is added to the aluminum molten metal, the calcium-based compound can be maintained without melting in the molten metal, and when casting the molten metal to produce an aluminum alloy, the calcium in the aluminum alloy System compounds may be included.
  • Such a calcium-based compound may be dispersed and distributed in the fine particle side in the aluminum alloy.
  • the calcium-based compound is a high-strength material compared to aluminum known as an intermetallic compound, and therefore, the strength of the aluminum alloy may be increased due to the dispersion distribution of the high-strength material.
  • the calcium-based compound may provide a place where nucleation occurs in the process of the aluminum alloy is phased from the liquid phase to the solid phase.
  • the transition from the liquid phase to the solid phase during the solidification of the aluminum alloy is in the form of nucleation and growth, and at this time, the calcium-based compound and the liquid phase as the calcium-based compound itself functions as a heterogeneous nucleation site.
  • nucleation occurs preferentially for transition to the solid phase.
  • the nucleated solid phase grows while forming around the calcium compound.
  • the calcium-based compound When the calcium-based compound is distributed in a plurality, the solid phases grown at the interface of each calcium-based compound meet each other to form a boundary, and the boundary thus formed may form a grain boundary or an boundary boundary. Therefore, when the calcium-based compound functions as a nucleation site, the calcium-based compound is present inside the grains or the phase region, and the grains or the phase region may have a smaller effect than the case where the calcium-based compound does not exist. Will be.
  • the calcium-based compound may be distributed in a grain boundary which is a boundary between grains or an upper boundary which is a boundary between phase regions.
  • This boundary portion is an open structure compared to the inside of the grain or phase region, and has a relatively high energy, which can provide a favorable position for nucleation and growth of calcium-based compounds.
  • the calcium-based compound When the calcium-based compound is distributed in the grain boundary or the boundary of the aluminum alloy, the calcium-based compound acts as an obstacle of grain boundary or the boundary boundary, and the movement of the grain boundary or the boundary boundary is suppressed to reduce the average size of the grain or the boundary boundary. have.
  • such a calcium-based compound may have a finer and smaller grain or phase region size on average.
  • the refinement of the grain or phase region due to such a calcium-based compound can bring about an effect of improving the strength and elongation of the aluminum alloy.
  • Aluminum bases are also available in 1000 series, 2000 series, 3000 series, 4000 series, 5000 series, 6000 series, 7000 series and 8000 series plastic processing (Wrought) aluminum or 100 series, 200 series, 300 series, 400 series, 500 series, 700 It may be any one selected from the series casting aluminum.
  • the total amount of calcium in the aluminum alloy according to the present invention may be present in an amount of 0.0001 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of aluminum.
  • the total amount of calcium is the sum of the calcium present in the aluminum base and the calcium-based compound dissolved in the aluminum base.
  • the magnesium mother alloy prepared by adding the calcium-based additive as described above most of the calcium reduced from the calcium-based additive forms a calcium-based compound without being dissolved in the magnesium matrix. Therefore, when the magnesium master alloy is added to produce aluminum, the amount of calcium dissolved in the magnesium master alloy shows a small value, so that the amount of calcium employed in the aluminum base through the magnesium master alloy is very low, for example, 500 ppm or less. Have.
  • the aluminum matrix may have from 0.1 to 15% by weight of magnesium dissolved, further 5 to 15% or more, further 6 to 15% by weight and even more 10 to 15% by weight.
  • the amount of magnesium added in the molten aluminum can be stably increased. Higher doses of magnesium also increase. This increase in magnesium capacity can greatly contribute to the improvement of aluminum alloy strength due to solid solution strengthening and heat treatment, and exhibits excellent castability and excellent mechanical properties compared to conventional commercial alloys.
  • Table 4 shows an aluminum alloy prepared by adding magnesium oxide (CaO) added to aluminum as a calcium-based additive (Experimental Example 1) and prepared by adding pure magnesium without adding a calcium-based additive to aluminum. This table compares the casting characteristics of an aluminum alloy (Comparative Example 1).
  • Experimental Example 1 was prepared by adding 305 g of magnesium mother alloy to 2750 g of aluminum, and Comparative Example 1 was prepared by adding 305 g of pure magnesium to 2750 g of aluminum.
  • the magnesium mother alloy used in Experimental Example 1 used a magnesium-aluminum alloy as a base material, and the weight ratio of calcium oxide (CaO) to the base material was 0.3.
  • FIG. 5 is a result of comparing the casting surface of the aluminum alloy according to Experimental Example 1 and Comparative Example 1.
  • the surface of the cast material of the aluminum alloy to which the magnesium master alloy of Experimental Example 1 (a) was added is cleaner than the cast material of the aluminum alloy to which pure magnesium was added in Comparative Example 1 (b). .
  • the ignition phenomenon is suppressed and a clean surface can be obtained.
  • FIG. 6 is an energy dispersive spectroscopy (EDS) analysis result of a scanning electron microscope (SEM) of aluminum alloys according to Experimental Example 1 and Comparative Example 1.
  • EDS energy dispersive spectroscopy
  • SEM scanning electron microscope
  • Table 5 shows the mechanical properties of the aluminum alloys (Experimental Examples 2 and 3) prepared by adding a magnesium master alloy containing calcium oxide (CaO) to the commercially available aluminum alloys 7075 and 6061, respectively. It is a table compared with the comparative examples 2 and 3).
  • the specimens according to Experimental Examples 2 and 3 were subjected to T6 heat treatment by extrusion after casting, and the data of Comparative Examples 2 and 3 refer to values in the ASM standard (T6 heat treatment data).
  • the aluminum alloy according to the experimental example of the present invention exhibits higher values in tensile strength and yield strength, it can be seen that the elongation is superior or equivalent to that of the commercial aluminum alloy. In general, when the strength is increased in the alloy, the elongation is relatively decreased. However, the aluminum alloy according to the experimental example of the present invention exhibits the ideal characteristics in that the elongation is also increased along with the increase in strength. It was mentioned above that this result may be related to the improvement of the cleanliness of the molten aluminum alloy.
  • Grain refinement in the aluminum alloy of Experimental Example 3 is determined by the growth of the grain boundary is suppressed by the calcium-based compound distributed in the grain boundary, or because the calcium-based compound functioned as nucleation sites during coagulation. It is judged that the aluminum alloy according to the embodiment of the present invention is one of the causes showing excellent mechanical properties.

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Abstract

알루미늄 합금 및 그 제조 방법이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법에 의하면, 칼슘계 화합물을 포함하는 마그네슘 모합금 및 알루미늄을 제공한다. 상기 마그네슘 모합금 및 상기 알루미늄이 용해된 용탕을 형성한다. 상기 용탕을 주조하여 알루미늄 합금을 제조할 수 있다.

Description

알루미늄 합금 및 이의 제조 방법
본 발명은 알루미늄 합금 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
현재 알루미늄(Al) 합금에서 마그네슘(Mg)은 주된 합금원소 중의 하나이다. 이러한 마그네슘의 첨가로 알루미늄 합금은 강도가 증가되고 표면처리에 유리하며 내식성이 향상된다. 그러나 마그네슘을 알루미늄 용탕(molten aluminum) 내에서 합금화 하는 과정 중에 화학적으로 높은 산화성을 가진 마그네슘에 의해 산화물이나 개재물이 알루미늄 용탕에 혼입되어 용탕품질을 저하시키는 문제점을 일으킨다. 이러한 마그네슘 첨가에 따른 산화물 또는 개재물 혼입을 억제하기 위해 마그네슘의 첨가시 SF6 등의 보호가스로 용탕표면을 도포하는 방법이 이용될 수 있다.
하지만 알루미늄 합금의 제조 공정상 대규모로 첨가되는 마그네슘을 보호가스로 완벽하게 보호하는 것은 어렵다. 더 나아가 보호가스로 사용되는 SF6는 고가일 뿐 아니라 환경문제를 유발하는 가스로서 전 세계적으로 점차 그 사용이 규제되고 있다.
이에 본 발명은 친환경적으로 제조되면서 우수한 합금 특성을 갖는 알루미늄 합금 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다. 또한, 본 발명은 이러한 알루미늄 합금을 이용한 가공 제품을 제공하고자 한다. 이러한 과제는 예시적으로 제시되었고, 본 발명의 범위가 이러한 과제에 의해서 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 형태에 따른 알루미늄 합금의 제조방법이 제공된다. 칼슘계 화합물을 포함하는 마그네슘 모합금 및 알루미늄을 제공한다. 상기 마그네슘 모합금 및 상기 알루미늄이 용해된 용탕을 형성한다. 상기 용탕을 주조한다.
상기 제조방법의 일 측면에 따르면, 상기 마그네슘 모합금은 순수 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 모재로 하고, 상기 모재에 칼슘계 첨가제를 첨가하여 제조할 수 있다. 예를 들어, 상기 마그네슘 모합금은 모재를 용해하여 모재 용탕을 형성하는 단계와 상기 모재 용탕에 칼슘계 첨가제를 첨가하는 단계를 포함하여 형성할 수 있다. 다른 예로, 상기 마그네슘 모합금은 상기 모재 및 상기 칼슘계 첨가제를 같이 용해하여 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 나아가, 상기 마그네슘 모합금은 상기 칼슘계 첨가제의 적어도 일부를 소진시키기 위하여 상기 모재 용탕을 교반하는 단계를 더 포함하여 형성할 수 있다.
상기 제조방법의 또 다른 측면에 따르면, 상기 칼슘계 첨가제는 상기 마그네슘 용탕 내에서 환원될 수 있으며, 상기 칼슘계 화합물은 Mg-Ca 화합물, Al-Ca 화합물 및 Mg-Al-Ca 화합물 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 제조방법의 또 다른 측면에 따르면, 철(Fe)을 1.0 중량% 이하(0 초과)로 첨가하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 알루미늄 합금은 전술한 제조방법들의 어느 하나 또는 이들의 조합에 의해서 제조된 알루미늄 합금일 수 있다.
본 발명의 다른 형태에 따른 알루미늄 합금은 알루미늄 기지 및 상기 알루미늄 기지에 존재하는 칼슘계 화합물을 포함한다. 상기 알루미늄 기지에는 마그네슘이 고용된다.
상기 알루미늄 합금의 일 측면에 따르면, 상기 알루미늄 기지는 경계를 이루며 서로 구분되는 복수개의 영역을 가지며 상기 경계 또는 상기 영역 내에는 상기 칼슘계 화합물의 적어도 일부가 존재할 수 있다. 예를 들어, 상기 영역은 결정립이고 상기 경계는 결정립계일 수 있다. 다른 예로, 상기 영역은 서로 다른 상에 의해 한정되는 상영역이며, 상기 경계는 상경계일 수 있다.
상기 알루미늄 합금의 다른 측면에 따르면, 상기 칼슘계 화합물은 Mg-Ca 화합물, Al-Ca 화합물 및 Mg-Al-Ca 화합물 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 나아가, 상기 Mg-Ca 화합물은 Mg2Ca을 포함할 수 있으며, 상기 Al-Ca 화합물은 Al2Ca 및 Al4Ca 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 상기 Mg-Al-Ca 화합물은 (Mg,Al)2Ca을 포함할 수 있다.
상기 알루미늄 합금의 또 다른 측면에 따르면, 철(Fe)이 1.0 중량% 이하(0 초과)로 더 포함될 수 있다.
상기 알루미늄 합금의 또 다른 측면에 따르면, 상기 알루미늄 기지 내의 결정립 또는 상영역의 평균크기가, 동일조건으로 제조된 알루미늄 합금으로서 상기 칼슘계 화합물을 갖지 않는 알루미늄 합금에 비해 더 작은 값을 나타낼 수 있다.
상기 알루미늄 합금의 또 다른 측면에 따르면, 상기 알루미늄 합금의 인장강도는, 동일조건으로 제조된 알루미늄 합금으로서 상기 칼슘계 화합물을 갖지 않는 알루미늄 합금에 비해 더 큰 값을 나타낼 수 있으며, 더 나아가 더 큰 인장강도와 함께 더 크거나 동등한 수준의 연신율을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 알루미늄 합금의 제조방법에 의하면, 알루미늄 용탕 내에 마그네슘을 첨가하는 과정에서 종래에 사용되는 SF6 등의 보호가스의 양을 현저하게 감소시키거나 사용하지 않는 경우에도 안정적으로 알루미늄 주조공정을 수행할 수 있다. 따라서 알루미늄 내에 첨가되는 마그네슘의 함유량에 용이하게 증가시킬 수 있으면서도 환경적인 측면 및 비용적인 측면에서 장점을 가질 수 있다.
또한 주조 중에 알루미늄의 용탕에 마그네슘의 높은 산화성에 따른 산화물 또는 개재물의 혼입을 방지할 수 있으므로 용탕의 청정도를 향상시켜 용탕의 품질을 개선시킬 수 있다.
이러한 알루미늄 용탕의 품질 개선으로 이로부터 주조되는 알루미늄 합금은 종래에 비해 불순물의 함유량이 현저하게 감소되어 더 우수한 기계적 특성을 나타낼 수 있다.
또한 본 발명의 실시예들에 따른 제조방법으로 제조된 알루미늄 합금은 마그네슘 모합금의 첨가로 같이 첨가되는 칼슘계 화합물이 기지 내에 분산됨에 따라 분산강화 효과 및 결정립 미세화 효과 등을 유발하여 알루미늄 합금의 기계적 특성을 현저하게 개선시킬 수 있다.
또한, 알루미늄 합금 내에 마그네슘 함유량을 증가시킬 수 있음에 따라 철의 함유량을 감소시키는 경우에도 알루미늄 다이캐스팅 시 발생되는 소착을 방지할 수 있어, 철에 의한 내식성 및 연신율 악화를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 알루미늄 합금의 제조 시 알루미늄 용탕에 첨가되는 마그네슘 모합금의 제조방법의 일실시예를 나타낸 순서도이다.
도 2는 마그네슘 모합금의 미세조직 및 성분을 분석한 결과이다.
도 3은 본 발명에 따른 알루미늄 합금 제조방법의 일실시예를 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 산화칼슘(CaO)을 첨가하여 제조한 모합금을 첨가한 알루미늄 합금(a)과 순수 마그네슘을 첨가한 알루미늄 합금(b)의 용탕 표면을 관찰한 결과이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 산화칼슘(CaO)을 첨가하여 제조한 모합금을 첨가한 알루미늄 합금(a)과 순수 마그네슘을 첨가한 알루미늄 합금(b)의 주조재 표면을 관찰한 결과이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 산화칼슘(CaO)이 첨가된 마그네슘 모합금을 첨가한 알루미늄 합금(a)과 순수 마그네슘을 첨가한 알루미늄 합금(b)의 성분을 분석한 결과이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 산화칼슘(CaO)이 첨가된 마그네슘 모합금을 첨가한 알루미늄 합금의 조직을 EPMA로 관찰한 결과(a), 및 EPMA를 이용한 성분 매핑 결과로서 알루미늄, 칼슘, 마그네슘 및 산소의 매핑결과((b)~(e))를 나타낸 것이다.
도 8은 6061 합금에 산화칼슘(CaO)이 첨가된 마그네슘 모합금을 첨가하여 제조한 알루미늄 합금(a) 및 상용 알루미늄 합금인 6061 합금(b)의 미세조직을 관찰한 결과이다.
도 9는 마그네슘 용탕에 산화 칼슘을 첨가한 경우 마그네슘 용탕의 상층부에서 산화 칼슘이 분해되는 과정을 나타내는 개략도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 측면으로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 소정의 첨가제가 첨가된 모합금을 제조한 후 이 모합금을 알루미늄에 첨가함으로써 알루미늄 합금을 제조한다. 이때 모합금은 순수 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 모재로 사용할 수 있으며, 이를 모두 마그네슘 모합금으로 지칭한다.
이 실시예에서, 순수 마그네슘은 의도적으로 투입된 합금원소가 없는 상태로서, 마그네슘을 제조하는 과정 중에 불가피하게 투입되는 불순물을 포함하는 실질적 의미로 정의한다. 마그네슘 합금은 마그네슘에 의도적으로 다른 합금원소를 첨가하여 제조한 합금이며, 예를 들어 합금원소로 알루미늄을 포함할 수 있다. 합금원소로서 알루미늄을 포함하는 마그네슘 합금을 마그네슘-알루미늄 합금으로도 지칭할 수 있다. 이러한 마그네슘-알루미늄 합금은 합금원소로서 알루미늄만을 첨가한 것 뿐만 아니라 알루미늄 외의 다른 합금원소도 같이 첨가된 것도 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 합금의 제조방법에서 마그네슘 모합금의 제조방법을 보여주는 순서도이다. 마그네슘 모합금의 모재로는 순수 마그네슘 또는 마그네슘 합금이 사용될 수 있다. 모재에 첨가되는 칼슘계 첨가제로는 칼슘을 포함하는 화합물, 예컨대 산화칼슘(CaO), 시안화칼슘(CaCN2), 탄화칼슘(CaC2), 수산화칼슘(Ca(OH)2) 및 탄산칼슘(CaCO3) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 도 1을 참조하면, 마그네슘 모합금의 제조 방법은 마그네슘 용탕 형성 단계(S1), 첨가제 첨가 단계(S2), 교반ㆍ유지 단계(S3), 주조 단계(S4) 및 냉각 단계(S5)를 포함할 수 있다.
마그네슘 용탕 형성 단계(S1)에서 마그네슘을 도가니에 넣고 마그네슘을 용융시켜 마그네슘 용탕을 형성할 수 있다. 예를 들어, 도가니를 600 내지 800℃로 가열하여 마그네슘을 용융시킬 수 있다. 가열 온도가 600℃ 미만이면 마그네슘 용탕이 형성되기 어렵고, 가열 온도가 800℃를 초과하면 마그네슘 용탕이 발화할 위험이 있다.
첨가제 첨가 단계(S2)에서는 칼슘계 첨가제를 모재인 마그네슘의 용탕에 첨가할 수 있다. 예를 들어, 칼슘계 첨가제의 크기는 0.1 내지 500㎛일 수 있다. 이러한 첨가제의 크기가 0.1㎛ 미만인 것은 현실적으로 만들기 어렵고 비용이 많이 든다. 첨가제의 크기가 500㎛를 초과할 경우에는 이러한 첨가제가 마그네슘 용탕과 반응하지 않을 수 있다.
예를 들어, 칼슘계 첨가제는 마그네슘 모합금 100 중량부에 대하여 0.0001 내지 30 중량부로 첨가될 수 있다. 첨가제가 0.0001 중량부 미만인 경우에는 첨가제에 의한 효과(경도 증가, 산화 감소, 발화 온도 증가 및 보호가스 감소)가 작을 수 있다. 또한, 첨가제가 30 중량부를 초과하게 되면 원래의 마그네슘의 특성이 약해질 수 있다.
교반ㆍ유지 단계(S3)에서는 마그네슘 용탕을 적절한 시간 동안 교반 또는 유지할 수 있다. 예를 들어, 교반 또는 유지 시간은 1 내지 400 분 범위 내일 수 있다. 교반ㆍ유지 시간이 1분 미만이면 마그네슘 용탕에 첨가제가 충분히 섞이지 않고, 400 분을 초과하면 마그네슘 용탕의 교반ㆍ유지 시간이 불필요하게 길어질 수 있다.
한편, 칼슘계 첨가제를 마그네슘 모합금의 제조 과정 중에 투입하는 경우, 마그네슘 용탕의 발화를 방지하기 위해 부가적으로 소량의 보호가스가 선택적으로 제공될 수도 있다. 보호가스는 통상의 SF6, SO2, CO2, HFC-134a, Novec™612, 비활성기체 및 그 등가물 또는 이들의 혼합 가스를 이용할 수 있다. 그러나 본 발명에서 이러한 보호가스가 반드시 필요한 것은 아니며, 제공되지 않을 수도 있다.
상술한 바와 같이 첨가제 첨가 단계(S2) 및 교반ㆍ유지 단계(S3)에서 칼슘계 첨가제을 투입하는 경우에는 용탕 내 마그네슘의 내산화성을 증가시켜 발화 온도를 높임에 따라, 마그네슘의 용해 시 필요한 보호가스의 양을 현저히 저감시키거나 없앨 수 있다. 따라서 이러한 마그네슘 모합금 제조방법에 따르면, 규제 대상인 SF6 등과 같은 보호가스 사용을 줄이거나 또는 없앰으로써 환경오염을 억제할 수 있다.
한편, 도 9에 도시된 바와 같이, 교반ㆍ유지 단계(S3)에서 마그네슘 용탕의 상층부에서 산화칼슘은 산소와 칼슘으로 분해될 수 있다. 이때 분해된 산소는 기체(O2)로서 마그네슘 용탕 바깥으로 배출되거나 드로스 또는 슬러지로서 마그네슘 용탕 상부에 부유하게 된다. 한편, 분해된 칼슘은 용탕 내에서 다른 원소와 반응하여 다양한 화합물을 형성하게 된다.
따라서, 분해 반응의 활성화를 위해서, 칼슘계 첨가제가 마그네슘 용탕의 내부로 혼입되게 하기 보다는 용탕의 표면에서 반응하도록 반응환경을 조성할 수 있다. 이를 위해 첨가된 칼슘계 첨가제가 용탕의 표면에 가능한 장시간 체류하며 대기 중에 노출되도록 유지하기 위해서 마그네슘 용탕의 상층부에 대한 교반을 실시할 수 있다.
표 1에는 AM60B 마그네슘 용탕에 산화칼슘을 첨가한 경우 교반 방법에 따른 산화칼슘의 잔량을 측정한 결과이다. 첨가된 산화칼슘의 크기는 70㎛였으며, 산화칼슘은 5, 10, 15wt%가 첨가되었다. 교반 방법으로는 마그네슘 용탕의 상층부 교반, 내부교반 및 교반을 하지 않은 방법이 선택되었다. 표 1로부터 마그네슘 상층부의 교반을 수행하는 경우에 그 외의 경우와 달리 첨가된 산화칼슘의 대부분이 칼슘으로 환원됨을 알 수 있다.
표 1
5wt%CaO 첨가 10wt%CaO 첨가 15wt%CaO 첨가
합금 내 CaO 잔량 교반하지 안음 4.5wt%CaO 8.7wt%CaO 13.5wt%CaO
용탕 내부 교반 1.2wt%CaO 3.1wt%CaO 5.8wt%CaO
용탕 상층부 교반(본 발명) 0.001wt%CaO 0.002wt%CaO 0.005wt%CaO
이로부터, 교반은 마그네슘 용탕 표면으로부터 용탕 전체 깊이의 20% 내의 상층부에서 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 용탕 전체 깊이의 10% 내외의 상층부에서 이루어질 수 있다. 교반이 20% 이상의 깊이에서 이루어지는 경우, 표면에서의 칼슘계 첨가제의 분해가 일어나기 어렵게 된다.
이때 교반을 위한 시간은 용탕의 온도와 투입되는 분말의 상태에 따라 차이가 있을 수 있으며, 가능한 첨가된 칼슘계 첨가제가 용탕 내에서 완전히 소진될 때까지 충분히 교반하는 것이 바람직하다. 여기서 소진은 칼슘계 첨가제의 분해가 실질적으로 완료되는 것을 의미한다.
이러한 교반에 의해 마그네슘 용탕에서 칼슘계 첨가제의 분해 및 이러한 분해에 의해 생성된 칼슘콘이 마그네슘 용탕 내에서 다양한 화합물을 형성하는 반응을 더욱 촉진시킬 수 있다.
모재 용탕의 교반ㆍ유지 단계(S3)가 완료되면, 상기 마그네슘 용탕을 주형에 넣어 주조하고(S4), 냉각시킨 다음 주형으로부터 응고된 모합금을 분리시킨다(S5).
주조단계(S4)에서의 주형의 온도는 상온(예를 들면, 25℃) 내지 400℃ 의 온도범위를 가질 수 있다. 냉각단계(S5)에서는 주형을 상온까지 냉각시킨 후 모합금을 주형으로부터 분리시킬 수 있으나, 상온 이전이라도 모합금의 응고가 완료되는 경우에는 주형으로부터 모합금을 분리시킬 수 있다.
여기서, 상기 주형은 금형, 세라믹형, 그라파이트형 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나를 이용할 수 있다. 또한, 주조 방식은 사형주조(sand casting), 다이캐스팅(die casting), 중력주조, 연속주조, 저압주조, 스퀴즈캐스팅, 로스트왁스주조(lost wax casting), 틱소캐스팅(thixo casting) 등을 들 수 있다.
중력주조는 용융상태의 합금을 중력을 이용하여 주형에 주입하는 방법을 지칭하고, 저압주조는 용융된 합금의 용탕면에 가스를 이용하여 압력을 가하여 주형 내에 용탕을 주입하는 방식을 지칭할 수 있다. 틱소캐스팅은 반용융 상태에서의 주조 기술로서, 통상적인 주조와 단조의 장점을 융합한 방식이다. 그러나 본 발명이 주형의 종류 및 주조의 방식을 한정하는 것은 아니다.
이와 같이 제조된 마그네슘 모합금은 경계를 이루며 서로 구분되는 복수개의 영역을 가진 기지를 가질 수 있다. 이때 서로 구분되는 복수개의 영역은 전형적으로 결정립계로 구분되는 복수의 결정립일 수 있으며, 또 다른 예로서 2 이상의 서로 다른 상의 상경계에 의해 한정되는 복수의 상영역일 수 있다.
한편, 이러한 마그네슘 모합금의 기지에는 모합금 제조 과정에서 생성된 칼슘계 화합물이 분산되어 존재할 수 있다. 이러한 칼슘계 화합물은 첨가제 첨가 단계(S2)에서 모재 용탕 내에 첨가된 칼슘계 첨가제가 마그네슘 모재 내의 다른 원소, 예를 들어 마그네슘 및/또는 알루미늄과 반응하여 생성된 것일 수 있다.
즉, 마그네슘 용탕에 칼슘계 첨가제를 첨가하여 교반ㆍ유지하는 과정에서 칼슘계 첨가제는 칼슘으로 환원된다. 일반적으로는 상술한 칼슘계 첨가제는 마그네슘보다 열역학적으로 안정하기 때문에, 마그네슘 용탕 내에서 환원되어 칼슘이 분리되지 않을 것으로 예상된다. 그러나 본 발명자들에 의한 실험에 따르면, 이러한 칼슘계 첨가제는 마그네슘 용탕 내에서 환원되는 것으로 밝혀졌다. 이렇게 환원된 칼슘은 모재 내의 다른 원소, 예를 들어 마그네슘 및/또는 알루미늄과 반응하여 칼슘계 화합물을 형성할 수 있다.
따라서 칼슘계 첨가제는 마그네슘 모합금 내에 형성되는 칼슘계 화합물 형성에 이용되는 칼슘의 공급원으로서 모합금을 제조하는 과정에서 모재 용탕에 첨가되는 첨가원소이며, 이에 대해 칼슘계 화합물은 이러한 칼슘계 첨가제로부터 공급되는 칼슘이 모재 내에서 다른 원소와 반응하여 새롭게 생성된 화합물이다.
칼슘은 마그네슘에 대해 소정의 고용도를 가지나, 본 발명에서와 같이 마그네슘 용탕 내에서 칼슘계 첨가제로부터 환원된 칼슘은 일부만이 마그네슘 기지에 고용되며 대부분은 칼슘계 화합물을 형성하는 것으로 밝혀졌다.
예를 들어, 마그네슘 모합금의 모재가 순수 마그네슘인 경우 생성 가능한 칼슘계 화합물은 Mg-Ca 화합물일 수 있으며, 일예로서 Mg2Ca 일 수 있다. 다른 예로, 마그네슘 모합금의 모재가 마그네슘 합금, 일예로서 마그네슘-알루미늄 합금인 경우, 생성 가능한 칼슘계 화합물은 Mg-Ca 화합물, Al-Ca 화합물 및 Mg-Al-Ca 화합물 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 일예로서 Mg-Ca 화합물은 Mg2Ca 일 수 있으며, Al-Ca 화합물은 Al2Ca 및 Al4Ca 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, Mg-Al-Ca 화합물은 (Mg,Al)2Ca 일 수 있다.
칼슘계 화합물은 이러한 결정립간의 경계인 결정립계 또는 상영역간의 경계인 상경계에 분포될 확률이 높다. 이러한 경계부분은 결정립 또는 상영역 내부에 비해 개방된 구조로서 상대적으로 높은 에너지를 가지고 있으므로 칼슘계 화합물의 핵생성 및 성장에 유리한 자리를 제공할 수 있기 때문이다.
도 2에는 마그네슘-알루미늄 합금에 칼슘계 화합물로서 산화칼슘(CaO)를 첨가하여 제조한 마그네슘 모합금의 EPMA(Electron Probe Micro Analyzer) 분석 결과가 나타나 있다.
도 2를 참조하면, (a)에는 후방 산란 전자(back scattering electron)를 이용하여 관찰한 마그네슘 모합금의 미세조직이 나타나 있다. 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 마그네슘 모합금은 화합물(백색부분)로 둘러싸인 영역, 즉 다결정 미세조직을 나타낸다. 이때 화합물(백색부분)은 결정립계를 따라 형성되어 있다.
도 2의 (b) 내지 (d)는 화합물(백색부분) 영역의 성분을 EPMA로 매핑(mapping)한 결과로서, 각각 알루미늄, 칼슘 및 산소의 분포영역을 나타내는 결과이다. 도 2의 (b) 및 (c)에 나타낸 것과 같이 화합물에서는 각각 알루미늄과 칼슘이 검출되었으나 (d)에 나타난 바와 같이 산소는 검출되지 않았다.
이로부터 마그네슘 모합금의 결정립계에는 산화칼슘(CaO)로부터 분리된 칼슘이 모재에 포함된 알루미늄과 반응하여 생성된 Al-Ca 화합물이 분포하고 있음을 알 수 있다. 이러한 Al-Ca 화합물은 금속간 화합물인 Al2Ca 또는 Al4Ca 일 수 있다.
한편 위 EPMA 결과에는 Al-Ca 화합물이 주로 마그네슘 모합금의 결정립계에 분포하는 것으로 분석되었으며, 이는 결정립의 경계부분으로서 개방구조를 가지는 결정립계의 특성상 결정립 내부 보다는 결정립계에서 칼슘계 화합물이 분포할 확률이 높기 때문으로 해석된다. 다만, 이러한 분석결과가 모든 칼슘계 화합물인 전적으로 결정립계에만 분포하는 것으로 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 경우에 따라 결정립 내부에도 이러한 칼슘계 화합물이 발견될 수 있다.
이와 같이 제조된 마그네슘 모합금은 알루미늄 합금에 첨가되는 용도로 이용될 수 있다. 이때 상술한 바와 같이 마그네슘 모합금 내에는 합금화 과정에서 첨가된 칼슘계 첨가제로부터 공급된 칼슘이 마그네슘 및/또는 알루미늄과 반응하여 형성된 칼슘계 화합물을 포함하고 있다. 이러한 칼슘계 화합물들은 금속간 화합물로서 모두 알루미늄의 융점(658℃)보다 더 높은 융점을 가지고 있다. 일예로서 Al-Ca 화합물인 Al2Ca 또는 Al4Ca의 융점은 각각 1079℃ 및 700℃ 로서 알루미늄의 융점에 비해 높다.
따라서 이러한 칼슘계 화합물을 포함하는 모합금을 알루미늄 용탕에 투입하는 경우, 칼슘계 화합물은 용탕 내에서 용융되지 않고 유지될 수 있으며, 이러한 용탕을 주조하여 알루미늄 합금을 제조하는 경우, 알루미늄 합금 내에 상기 칼슘계 화합물이 포함될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 합금의 제조방법을 보다 구체적으로 설명한다. 이러한 제조방법은 칼슘계 화합물을 포함하는 마그네슘 모합금 및 알루미늄을 제공하는 단계, 마그네슘 모합금 및 알루미늄이 용해된 용탕을 형성하는 단계 및 상기 용탕을 주조하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 마그네슘 모합금 및 알루미늄이 용해된 용탕을 형성하기 위해, 먼저 알루미늄을 용해하여 알루미늄 용탕을 형성하고, 이 알루미늄 용탕에 칼슘계 화합물을 포함하는 마그네슘 모합금을 첨가하여 용해함으로써 형성할 수 있다. 다른 예로, 알루미늄과 마그네슘 모합금을 도가니 등과 같은 용해용 장치 내에 같이 장착한 후 가열하여 같이 용해함으로써 용탕을 형성할 수도 있다.
도 3은 본 발명에 따른 알루미늄 합금의 제조방법의 일실시예로서 알루미늄 용탕을 먼저 형성한 후, 이에 상술한 방법으로 제조한 마그네슘 모합금을 첨가하여 용해하는 방식을 이용한 알루미늄 합금 제조 방법의 순서도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 알루미늄 합금의 제조 방법은 알루미늄 용탕 형성 단계(S11), 마그네슘 모합금 첨가 단계(S12), 교반ㆍ유지 단계(S13), 주조 단계(S14) 및 냉각 단계(S15)를 포함할 수 있다.
알루미늄 용탕 형성 단계(S11)에서는 알루미늄을 도가니에 넣고 600 내지 900℃ 범위에서 가열하여 알루미늄 용탕을 형성한다. 알루미늄 용탕 형성 단계(S11)에서, 알루미늄은 순수 알루미늄, 알루미늄 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 이때, 알루미늄 합금은 예를 들어, 1000 계열, 2000 계열, 3000 계열, 4000 계열, 5000 계열, 6000 계열, 7000 계열 및 8000 계열 소성 가공용(Wrought) 알루미늄 또는 100 계열, 200계열, 300 계열, 400 계열, 500 계열, 700 계열 주조용 (Casting) 알루미늄 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
여기에서, 알루미늄 합금에 대해 좀 더 구체적으로 설명한다. 알루미늄 합금은 그 사용 용도에 따라 종류도 다양하게 개발되었으며, 알루미늄 합금의 종류는 오늘날 거의 모든 나라에서 미국알루미늄협회(Aluminum Association of America)의 규격을 채택하여 분류하고 있다. 표 2는 합금 계열별로 주요 합금 원소의 구성을 천단위로 보이고 있으며, 각 합금 계열에 다른 개량 원소를 추가로 첨가하여 4자리 숫자를 더 세분화하여 합금명을 붙인다.
표 2
합금 계열 주요 합금 성분
1000계열 알루미늄 순순하 알루미늄
2000계열 알루미늄 Al-Cu-(Mg)계 알루미늄 합금
3000계열 알루미늄 Al-Mn계 알루미늄 합금
4000계열 알루미늄 Al-Si계 알루미늄 합금
5000계열 알루미늄 Al-Mg계 알루미늄 합금
6000계열 알루미늄 Al-Mg-Si계 알루미늄 합금
7000계열 알루미늄 Al-Zn-Mg-(Cu)게 알루미늄 합금
8000계열 알루미늄 기타
첫 번째 숫자는 상기와 같이 주요합금원소를 나타내는 합금계열을 표시하고,두번째 숫자는 기본합금을 0으로 표시하고 개량한 합금을 1~9라는 숫자로 표시하며 독자적으로 개발한 새로운 합금은 N자를 붙인다. 예로서 2xxx는 Al-Cu계열 알루미늄의 기본 합금이고 21xx~29xx는 Al-Cu계열 기본 합금을 개량한 합금이며 2Nxx는협회 규격 이외로 개발한 새로운 합금인 경우이다. 세번째와 네번째 숫자는 순수한 알루미늄의 경우 알루미늄의 순도를 표시하며, 합금일 경우 과거에 사용하던 알코아 회사의 합금 이름이다. 예로서 순수 알루미늄의 경우 1080은 알루미늄이 99.80%Al 이상이고 1100은 99.00%Al을 나타낸다. 이러한 알루미늄 합금의 주요 구성은 아래 표 3과 같다.
표 3
등급 번호 첨가금속(원소기호),단위 % 용도
Si Cu Mn Mg Cr Zn 기타
1100 0.12 Si 1%, Fe 다량 금속박판, 주방용기
1350 기타 0.5% 정도 전도물질
2008 0.7 0.9 0.4 자동차용 금속판
2014 0.8 4.4 0.8 0.5 비행기 외부, 트럭프레임
2024 4.4 0.6 1.5 비행기 외부, 트럭 휠
2036 2.6 0.25 0.45 자동차용 금속판
2090 2.7 Li 2.2, Zr 0.12 비행기 금속
2091 2.2 1.5 Li 2.0, Zr 0.12 비행기 금속
2219 6.3 0.3 V 0.1,Zr 0.18, Ti 0.06 우주선용 금속, 용접가능
2519 5.9 0.3 0.2 V 0.1, Zr 0.18 군사장비, 우주선용 금속, 용접가능
3003 0.12 1.1 일반적 용도, 주방용기
3004 1.1 1.0 일반적 용도, 금속캔
3105 0.6 0.5 건축자재
5052 2.5 0.25 일반적 용도
5083 0.7 4.4 0.15 내열/내압용기
5182 0.35 4.5 금속캔, 자동차용 금속
5252 2.5 차체 외장용
6009 0.8 0.33 0.33 0.5 자동차용 금속판
6010 1.0 0.33 0.33 0.8 자동차용 금속판
6013 0.8 0.8 0.5 1.0 우주선용 금속
6061 0.6 0.25 1.0 0.20 일반적 목적
6063 0.4 0.7 일반적 목적, 사출형성
6201 0.7 0.8 전도물질
7005 0.45 1.4 0.13 4.5 Zr 0.14 트럭차체, 열차
7075 1.6 2.5 0.25 5.6 비행기용 금속
7150 2.2 2.3 6.4 Zr 0.12 우주선용 금속
8090 1.3 0.9 Li 2.4, Zr 0.12 우주선용 금속
다음으로, 마그네슘 모합금 첨가 단계(S12)에서는 알루미늄 용탕에 위에서 이미 설명한 방법으로 제조한 마그네슘 모합금을 첨가한다.
이때 마그네슘 모합금 첨가 단계(S12)에서 이용된 마그네슘 모합금은 알루미늄 100 중량부에 대하여 0.0001 내지 30 중량부가 첨가될 수 있다. 첨가되는 마그네슘 모합금이 0.0001 중량부 미만이 경우에는 마그네슘 모합금 첨가에 따른 효과(경도, 내부식성, 용접성)가 작을 수 있다. 또한, 상기 마그네슘 모합금이 30 중량부를 초과하게 되면 원래의 알루미늄 합금의 특성이 약해지거나 나타나지 않을 수 있다.
예를 들어, 마그네슘 모합금은 괴상 형태로 첨가될 수 있다. 다른 예로, 마그네슘 모합금은 분말 형태, 그래뉼 형태 등 다양한 형태로 첨가될 수 있다. 마그네슘 모합금의 크기는 용해 조건에 따라서 적절하게 선택될 수 있고, 이 실시예의 범위를 제한하지 않는다.
이러한 마그네슘 모합금의 첨가시 마그네슘 모합금 내에 포함된 칼슘계 화합물도 같이 알루미늄 용탕내로 제공되게 된다. 상술한 바와 같이 알루미늄 용탕 내로 제공되는 칼슘계 화합물은 Mg-Ca 화합물, Al-Ca 화합물 및 Mg-Al-Ca 화합물 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
이때 마그네슘 모합금의 산화를 방지하기 위해 부가적으로 소량의 보호가스가 제공될 수 있다. 보호가스는 통상의 SF6, SO2, CO2, HFC-134a, Novec™612, 비활성기체 및 그 등가물, 또는 이들의 혼합 가스를 이용할 수 있으며, 이를 통해 마그네슘 모합금의 산화를 억제할 수 있다.
그러나 본 발명에서 이러한 보호가스가 반드시 필요한 것은 아니며, 제공되지 않을 수도 있다. 즉, 본 발명의 실시예와 같이 칼슘계 화합물을 포함하는 마그네슘 모합금을 첨가하는 경우에는 마그네슘 모합금의 내산화성의 증가로 내발화 저항성이 증가되며 종래와 같은 칼슘계 화합물을 포함하지 않는 마그네슘을 첨가하는 경우에 비해 용탕에 산화물 등의 불순물의 개재가 현저하게 감소하게 된다. 따라서 본 발명의 알루미늄 합금 제조방법에 의할 시, 보호가스를 사용하지 않더라도 알루미늄 용탕의 청정도가 크게 향상되어 용탕의 품질을 현저하게 개선할 수 있다.
다음으로, 교반ㆍ유지단계(S13)에서는 상기 알루미늄 용탕을 교반 또는 유지할 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 용탕은 1 내지 400분 동안 교반 또는 유지될 수 있다. 여기서, 교반ㆍ유지시간이 1분 미만이면 알루미늄 용탕에 마그네슘 모합금이 충분히 섞이지 않고, 교반ㆍ유지시간이 400분을 초과하면 알루미늄 용탕의 교반ㆍ유지 시간이 불필요하게 길어질 우려가 있다.
다음으로, 알루미늄 용탕의 교반ㆍ유지 단계(S13)가 완료되면, 알루미늄 용탕을 주형에 넣어 주조하고(S14), 냉각시킨 다음 주형으로부터 응고된 알루미늄 합금을 분리시킨다(S15). 주조단계(S14)에서의 주형의 온도는 상온(예를 들면, 25℃) 내지 400℃ 의 온도범위를 가질 수 있다. 냉각단계(S15)에서는 주형을 상온까지 냉각시킨 후 알루미늄 합금을 주형으로부터 분리시킬 수 있으나, 상온 이전이라도 알루미늄 합금의 응고가 완료되는 경우에는 주형으로부터 알루미늄 합금을 분리시킬 수 있다. 주조방식에 대해서는 마그네슘 모합금 제조방법에 대해서 자세히 설명하였으므로 설명을 생략한다.
이와 같이 제조된 알루미늄 합금은 1000 계열, 2000 계열, 3000 계열, 4000 계열, 5000 계열, 6000 계열, 7000 계열 및 8000 계열 소성 가공용(Wrought) 알루미늄 또는 100 계열, 200계열, 300 계열, 400 계열, 500 계열, 700 계열 주조용 (Casting) 알루미늄 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상술한 바와 같이 칼슘계 화합물을 포함하는 마그네슘 모합금을 첨가하는 경우에 알루미늄 용탕의 청정도 향상으로 인하여 주조되는 알루미늄 합금의 기계적 성질이 현저하게 향상된다. 즉, 용탕의 청정도 향상으로 인해 이로부터 주조되는 알루미늄 합금 내에도 기계적 특성을 열화시키는 산화물이나 개재물과 같은 불순물이 없으며, 주조된 알루미늄 합금 내부의 기포발생도 현저하게 감소된다. 이렇게 주조된 알루미늄 합금의 내부가 종래의 것에 비해 더 청정한 상태를 가지게 됨에 따라 본 발명에 따른 알루미늄 합금은 종래의 것에 비해 우수한 항복강도 및 인장강도를 가질 뿐 아니라 연신율도 더 향상되는 매우 우수한 기계적 특성을 가지게 된다.
따라서 동일한 마그네슘 함유량을 가지는 알루미늄 합금을 제조하더라도 본 발명에 의할 시 용탕의 품질을 청정하게 하는 효과로 인해 주조된 알루미늄 합금의 특성이 양호하게 될 수 있다.
또한 알루미늄에 첨가되는 마그네슘의 용탕 내에서의 손실이 감소하게 되어 실제 종래에 비해 더 작은 양의 마그네슘을 첨가하더라도 알루미늄 합금 내에 포함되는 마그네슘의 함유량을 실질적으로 동일하게 제조할 수 있음에 따라 경제적인 알루미늄 합금의 제조가 가능하게 된다.
또한 본 발명에 따른 마그네슘 모합금을 알루미늄 용탕에 첨가하는 경우, 종래에 비해 알루미늄 용탕 내에서의 마그네슘 불안정성이 현저하게 개선되므로 마그네슘의 함량을 종래에 비해 용이하게 증가시킬 수 있다.
마그네슘은 알루미늄에 최대 15 중량% 까지 고용될 수 있으며, 고용시 알루미늄 합금의 기계적 특성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 300 계열 또는 6000 계열 알루미늄 합금에 마그네슘을 첨가하면 알루미늄 합금의 강도 및 연신율이 향상될 수 있다.
그러나 종래에는 상술한 마그네슘의 높은 산화성으로 인해 마그네슘에 의한 산화물 및 개재물이 용탕에 혼입되어 알루미늄 합금의 품질을 저하시킬 수 있으며, 이러한 문제는 첨가되는 마그네슘의 함유량이 증가될수록 심화되므로 비록 보호가스를 사용하더라도 알루미늄 용탕에 첨가되는 마그네슘의 함유량을 안정적으로 증가시키기 매우 어려웠다.
이에 비해 본 발명에 의할 시 알루미늄 용탕 내에 마그네슘 모합금을 안정적으로 첨가할 수 있으므로 알루미늄 합금 내에 마그네슘의 함유량을 종래에 비해 용이하게 증가시켜 마그네슘의 비율을 증가시키면서도 주조성을 확보할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 마그네슘 모합금을 300 계열 또는 6000 계열 알루미늄 합금에 첨가함으로써 산화물이나 개재물의 혼입을 억제하여 주조성뿐 만 아니라 강도 및 연신율도 향상시킬 수 있게 되며, 더 나아가 현재 실질적으로 사용되지 못하고 있는 500 계열 또는 5000 계열 알루미늄 합금을 사용가능하게 할 수 있다.
일예로서 본 발명을 따르는 알루미늄 합금은 마그네슘의 고용량이 0.1 중량% 이상은 물론, 5 중량% 이상, 나아가 6 중량% 이상, 더 나아가 10 중량% 이상으로부터 고용한인 15% 까지도 용이하게 증가시킬 수 있다.
이러한 알루미늄 합금 내에서의 마그네슘의 안정성은 알루미늄 합금의 폐기물 재활용시에도 유리하게 작용할 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 합금 제조를 위한 폐기물을 재활용하는 과정에서 마그네슘의 함유량이 높은 상태일 경우, 이를 요구되는 비율로 감소시키는 공정(이하 디메깅 공정이라 함)을 거치게 된다. 이때 요구되는 마그네슘 함유량의 비율이 낮을수록 디메깅 공정의 난이도 및 소요되는 비용이 증가하게 된다.
예를 들어 383 알루미늄 합금의 경우 마그네슘을 0.3 중량%까지 낮추는 것은 기술적으로 용이하지만 0.1 중량%까지 낮추는 것은 매우 힘들다. 또한 마그네슘의 비율을 낮추기 위해서 염소가스(Cl2)를 사용하게 되는데, 이러한 염소가스의 사용은 환경에 유해하며 추가로 비용이 발생하게 되는 문제점이 있다
그러나 본 발명에 따라 칼슘계 화합물을 포함하는 마그네슘 모합금을 이용하여 제조된 알루미늄 합금은 마그네슘의 비율을 0.3 중량% 이상으로 유지하는 것이 가능하므로 기술적, 환경적, 비용적 이점이 있다.
또한 본 발명에 따른 알루미늄 합금은 상술한 제조과정 중, 예를 들어 알루미늄 용탕 형성단계(S11) 또는 모합금 첨가 단계(S12) 이후에 철(Fe)을 소량 첨가하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때 첨가되는 철의 양은 종래에 비해 더 작은 값을 가질 수 있다. 즉, 종래부터 알루미늄 합금을 주조, 예를 들어 다이캐스팅 하는 경우에 철계 금속으로 이루어진 금형과 알루미늄 주조재 간의 소착발생으로 인해 금형이 손상되는 문제가 발생했으며, 이를 해결하기 위해 종래부터 알루미늄 합금의 다이캐스팅 시에 1.0 내지 1.5 중량%의 철을 알루미늄 합금 내에 첨가하여 왔다. 그러나 이러한 철의 첨가로 인하여 알루미늄 합금의 내식성 및 연신률이 감소하는 또 다른 문제가 발생할 수 있다.
그러나 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 알루미늄 합금은 마그네슘의 함유량을 높은 비율로 가질 수 있으며, 마그네슘을 고함량으로 첨가시 종래에 비해 현저하게 적은 비율의 철을 첨가하더라도 종래에 나타났던 금형과의 소착문제를 크게 개선할 수 있다. 따라서 종래에 다이캐스팅된 알루미늄 합금 주조재에 나타났던 내식성 및 연신률 감소의 문제를 해결할 수 있게 된다.
이때 상술한 알루미늄 합금을 제조하는 과정에서 첨가되는 철(Fe)의 함유량은 알루미늄 합금에 대해 1.0 중량% 이하(0 초과)로 할 수 있으며, 더욱 엄격하게는 0.2중량% 이하(0 초과)로 할 수 있으며, 이에 따라 알루미늄 합금의 기지에는 해당되는 조성범위의 철이 포함될 수 있다.
이하 본 발명의 알루미늄 합금 제조방법에 따라 제조된 알루미늄 합금의 특성에 대해 구체적으로 설명한다. 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 알루미늄 합금은 알루미늄 기지 및 알루미늄 기지에 존재하는 칼슘계 화합물을 포함하고, 이때 알루미늄 기지에는 마그네슘이 고용되어 있을 수 있다. 이때 마그네슘은 상기 알루미늄 기지에 0.1 내지 15 중량% 고용되어 있을 수 있다. 또한 상기 알루미늄 기지에는 고용한도 이하, 일예로서 500ppm 이하의 칼슘이 고용되어 있을 수 있다.
상술한 바와 같이, 마그네슘 모합금 내에 첨가된 칼슘계 첨가제로부터 환원된 칼슘은 대부분이 칼슘계 화합물로 존재하며 일부만이 마그네슘 기지에 고용된다. 이러한 마그네슘 모합금이 알루미늄 용탕 내 첨가되는 경우, 상기 마그네슘 모합금 내에 고용된 칼슘이 희석됨에 따라 실제 알루미늄 합금의 기지 내에 고용되는 칼슘의 양도 고용한도 이하의 작은 값을 가지게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 알루미늄 합금은 알루미늄 기지에 고용한도 이하, 일예로서 500ppm 이하의 칼슘이 고용되어 있으면서 상기 알루미늄 기지에는 칼슘계 화합물이 별도로 형성되어 있는 조직을 가지게 된다.
이때 알루미늄 기지는 경계를 이루며 서로 구분되는 복수개의 영역을 가질 수 있으며, 이때 상기 경계 또는 영역 내부에 상기 칼슘계 화합물이 존재할 수 있다. 알루미늄 기지는 알루미늄을 주된 성분으로 하되, 다른 합금원소가 고용되어 있거나 또는 칼슘계 화합물 외의 다른 화합물이 별개의 상으로서 형성되어 있는 금속 조직체를 말하는 것으로 정의될 수 있다.
이때 서로 구분되는 복수개의 영역은 전형적으로 결정립계로 구분되는 복수의 결정립일 수 있으며, 또 다른 예로서 2 이상의 서로 다른 상의 상경계에 의해 한정되는 복수의 상영역일 수 있다.
본 발명에 따른 알루미늄 합금의 경우 마그네슘 모합금 내에 형성된 칼슘계 화합물로부터 기인하는 기계적 특성의 향상효과를 가질 수 있다. 이미 상술한 바와 같이, 마그네슘 모합금이 알루미늄 용탕에 첨가되는 경우, 마그네슘 모합금에 포함되는 칼슘계 화합물도 같이 용탕에 첨가되게 되며 칼슘계 화합물은 칼슘과 다른 금속원소가 반응하여 형성된 금속간화합물로서 모두 알루미늄의 융점보다 더 높은 융점을 가지고 있다.
따라서 이러한 칼슘계 화합물을 포함하는 모합금을 알루미늄 용탕에 투입하는 경우, 칼슘계 화합물은 용탕 내부에서 용융되지 않고 유지될 수 있으며, 이러한 용탕을 주조하여 알루미늄 합금을 제조하는 경우, 알루미늄 합금 내에 상기 칼슘계 화합물이 포함될 수 있다.
이러한 칼슘계 화합물은 알루미늄 합금 내에서 미세한 입자 측면으로 분산되어 분포할 수 있다. 이때 칼슘계 화합물은 금속간 화합물로서 기지인 알루미늄에 비해 고강도 물질이며, 따라서 이러한 고강도 물질의 분산분포로 인하여 알루미늄 합금의 강도가 증가될 수 있다.
한편, 칼슘계 화합물은 알루미늄 합금이 액상에서 고상으로 상천이 되는 과정에서 핵생성이 일어나는 장소를 제공할 수 있다. 즉, 알루미늄 합금의 응고시 액상에서 고상으로의 상천이는 핵생성 및 성장의 형태로 이루어지게 되며, 이때 칼슘계 화합물 자체가 불균일 핵성성 자리(heterogeneous nucleation site)로 기능함에 따라 칼슘계 화합물과 액상이 계면에서 우선적으로 고상으로의 상천이를 위한 핵생성이 일어나게 된다. 이렇게 핵생성된 고상은 칼슘계 화합물 주변으로 형성하면서 성장하게 된다.
이러한 칼슘계 화합물이 복수개로 분산되게 분포하는 경우, 각각의 칼슘계 화합물의 계면에서 성장된 고상들이 서로 만나 경계를 이루게 되며, 이렇게 형성된 경계는 결정립계 또는 상경계를 이룰 수 있다. 따라서 칼슘계 화합물이 핵생성 자리로 기능하게 되면, 칼슘계 화합물은 결정립 또는 상영역의 내부에 존재하게 되며, 상기 결정립 또는 상영역은 칼슘계 화합물이 존재하지 않는 경우에 비해 미세화되는 효과를 나타낼 수 있게 된다.
또한 칼슘계 화합물은 결정립간의 경계인 결정립계 또는 상영역간의 경계인 상경계에 분포될 수 있다. 이러한 경계부분은 결정립 또는 상영역 내부에 비해 개방된 구조로서 상대적으로 높은 에너지를 가지고 있으므로 칼슘계 화합물의 핵생성 및 성장에 유리한 자리를 제공할 수 있기 때문이다.
이와 같이 칼슘계 화합물이 알루미늄 합금의 결정립계 또는 상경계에 분포되는 경우에는, 이러한 칼슘계 화합물이 결정립계 또는 상경계 이동의 장애물로 작용하여 결정립계 또는 상경계의 이동이 억제하여 결정립 또는 상경계의 평균크기를 감소시킬 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 알루미늄 합금의 경우, 이러한 칼슘계 화합물이 존재하지 않은 알루미늄 합금에 비해 평균적으로 더 미세하고 작은 결정립 또는 상영역 크기를 가질 수 있다. 이러한 칼슘계 화합물에 기인한 결정립 또는 상영역의 미세화는 알루미늄 합금의 강도 및 연신율의 향상 효과를 동시에 가져올 수 있다.
또한 알루미늄 기지는 1000 계열, 2000 계열, 3000 계열, 4000 계열, 5000계열, 6000 계열, 7000 계열 및 8000 계열 소성 가공용(Wrought) 알루미늄 또는 100 계열, 200 계열, 300 계열, 400 계열, 500 계열, 700 계열 주조용(Casting) 알루미늄 중에서 선택된 어느 하나 일 수 있다.
이때 본 발명에 따른 알루미늄 합금에는 알루미늄 100중량부에 대하여 칼슘의 총량은 0.0001 내지 10 중량부 존재할 수 있다. 상기 칼슘의 총량은 알루미늄 기지에 고용된 칼슘과 칼슘계 화합물 내에 존재하는 칼슘의 양을 합한 것이다.
이때 상기 알루미늄 합금 내에 존재하는 칼슘의 대부분은 칼슘계 화합물의 측면으로 존재하며 알루미늄 기지 상에 고용된 칼슘의 고용량은 작은 값을 가진다. 즉, 상술한 바와 같이 칼슘계 첨가제를 첨가하여 제조한 마그네슘 모합금 내에서 칼슘계 첨가제로부터 환원된 칼슘은 대부분이 마그네슘 기지에 고용되지 않고 칼슘계 화합물을 형성하게 된다. 따라서 알루미늄 제조를 위해 마그네슘 모합금을 첨가하는 경우에 마그네슘 모합금 내에 고용된 칼슘이 작은 값을 보임에 따라 마그네슘 모합금을 통해 알루미늄 기지에 고용되는 칼슘양도 매우 적은 값, 일예로서 500ppm 이하의 값을 가지게 된다.
한편, 알루미늄 기지는 고용된 마그네슘을 0.1 내지 15 중량%, 나아가 5 내지 15% 이상, 더 나아가 6 내지 15 중량%, 더욱 더 나아가 10 내지 15 중량%를 가질 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 알루미늄 합금 제조방법과 같이 칼슘계 첨가제를 첨가하여 제조한 마그네슘 모합금을 이용하는 경우에는 알루미늄 용탕 중에 첨가되는 마그네슘의 양을 안정적으로 증가시킬 수 있으며, 따라서 알루미늄 기지 내에 고용되는 마그네슘의 고용량 또한 증가되게 된다. 이러한 마그네슘 고용량 증가는 고용강화 및 열처리에 따른 알루미늄 합금 강도 향상에 크게 기여할 수 있으며, 종래의 상용 합금에 비해 월등히 주조성 및 우수한 기계적 특성을 나타낸다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해서 실험예들을 제공한다. 다만, 하기의 실험예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 아래의 실험예들에 의해서 한정되는 것은 아니다.
표 4에는 알루미늄에 칼슘계 첨가제로서 산화칼슘(CaO)을 첨가하여 제조한 마그네슘 모합금을 첨가하여 제조한 알루미늄 합금(실험예 1)과 알루미늄에 칼슘계 첨가제를 첨가하지 않은 순수한 마그네슘을 첨가하여 제조한 알루미늄 합금(비교예1)의 주조특성을 비교한 표이다.
구체적으로 실험예 1은 알루미늄에 2750g에 마그네슘 모합금 305g을 첨가하여 제조한 것이었으며, 비교예 1은 알루미늄 2750g에 순수 마그네슘 305g을 첨가하여 제조한 것이었다. 이때 실험예 1에 사용된 마그네슘 모합금은 모재로서 마그네슘-알루미늄 합금을 이용하였으며, 모재에 대한 산화칼슘(CaO)의 중량비는 0.3 이었다.
표 4
실험예1 비교예1
Dross양(용탕표면에 뜨는 불순물) 206g 510g
Al 합금 내의 Mg 함량 4.89% 2.65%
용탕 유동성 좋음 나쁨
경도(HR하중 60kg, 1/16"강구) 92.6 92
표 4를 참조하면, 용탕표면에 뜨는 불순물의 양(Dross 양)이 순수 마그네슘을 첨가했을 때(비교예 1)보다 마그네슘 모합금(실험예 1)을 첨가했을 때가 현저하게 작은 값을 나타냄을 알 수 있다. 또한, 알루미늄 합금 내의 마그네슘 함유량은 순수 마그네슘을 첨가했을 때(비교예 1)보다 마그네슘 모합금을 첨가했을 때(실험예1) 더 많은 것을 알 수 있다. 이로부터 본 발명의 제조방법에 의할 경우, 순수 마그네슘을 첨가하는 방법에 비해 마그네슘의 손실이 현저하게 감소됨을 알 수 있다.
또한 용탕의 유동성 및 알루미늄 합금의 경도도 순수 마그네슘을 첨가했을 때(비교예 1)보다 마그네슘 모합금을 첨가했을 때(실험예 1)에 더 우수한 것을 알 수 있다.
도 4에는 실험예 1 및 비교예 1에 따른 용탕의 상태를 관찰한 결과가 도시되어 있다. 도 4를 참조하면, 실험예 1(a)의 경우에는 용탕의 상태가 양호하나, 비교예 1(b)의 경우에는 마그네슘의 산화로 인해 용탕의 표면이 흑색으로 변해있는 것을 알 수 있다.
도 5는 실험예 1 및 비교예 1에 따른 알루미늄 합금의 주조재 표면을 비교한 결과이다. 도 5를 참조하면, 비교예 1(b)의 순수 마그네슘을 첨가한 알루미늄 합금의 주조재 보다 실험예1(a)의 마그네슘 모합금을 첨가한 알루미늄 합금의 주조재의 표면이 더 깨끗한 것을 확인할 수 있다. 이는 마그네슘 모합금에 첨가된 산화칼슘(CaO)에 의해 주조성이 향상됐기 때문이다. 즉, 순수 마그네슘이 첨가된 알루미늄 합금(비교예 1)은 주조시 순수 마그네슘의 산화로 인하여 표면에 발화된 흔적이 보이는 반면, 산화칼슘(CaO)이 첨가된 마그네슘 모합금을 사용하여 주조된 알루미늄 합금(실험예1)의 경우에는 발화현상이 억제되어 깨끗한 표면을 얻을 수 있다.
이로부터 마그네슘 모합금을 첨가하는 경우에는 순수 마그네슘을 첨가할 때에 비해 용탕의 품질이 현저하게 향상되어 주조성이 개선되었음을 알 수 있다.
도 6은 실험예 1 및 비교예 1에 따른 알루미늄 합금의 SEM(scanning electron microscope)를 이용한 EDS(energy dispersive spectroscopy) 분석 결과이다. 도 6을 참조하면, 비교예 1(b)의 순수 마그네슘을 첨가한 알루미늄 합금에서는 마그네슘과 알루미늄만 검출되는 반면에, 실험예 1(a)의 산화칼슘(CaO)이 첨가된 마그네슘 모합금을 첨가한 알루미늄 합금에서는 알루미늄 합금에서는 칼슘의 존재가 확인되며, 또한 동일 위치에서 마그네슘 및 알루미늄이 검출되며 산소는 거의 검출되지 않음을 알 수 있다. 이로부터 칼슘은 산화칼슘(CaO)로부터 환원된 후 마그네슘 및/또는 알루미늄과 반응하여 칼슘계 화합물로 존재함을 알 수 있다.
도 7의 (a)에는 실험예 1의 알루미늄 합금의 조직을 EPMA로 관찰한 결과가 나타나 있으며, (b) 내지 (e)에는 EPMA를 이용한 성분 매핑 결과로서 각각 알루미늄, 칼슘, 마그네슘 및 산소의 매핑결과가 나타나 있다. 도 7의 (b) 내지 (d)를 통해 알 수 있듯이 알루미늄 기지상에 칼슘과 마그네슘이 동일위치에서 검출되었으며, (e)에서와 같이 산소는 검출되지 않았다.
이는 도 6의 (a)의 결과와 일치하는 것으로서, 이로부터 칼슘은 산화칼슘(CaO)로부터 환원된 후 마그네슘 및/또는 알루미늄과 반응하여 칼슘계 화합물로 존재함을 다시 한번 확인할 수 있다.
표 5에는 상용 알루미늄 합금인 7075 합금 및 6061 합금에 산화칼슘(CaO)를 첨가한 마그네슘 모합금을 첨가하여 제조한 알루미늄 합금(각각 실험예 2 및 3)의 기계적 특성을 7075 합금 및 6061 합금(각각 비교예 2 및 3)과 비교한 표이다. 실험예 2 및 3에 따른 시편은 주조 후 압출하여 T6 열처리를 수행하였으며, 비교예 2 및 3의 데이타는 ASM 규격에 있는 값(T6 열처리 데이타)을 참조하였다.
표 5
인장강도 (MPa) 항복강도(MPa) 연신율(%)
실험예 2 670 600 12
비교예 2 572 503 11
실험예 3 370 330 17
비교예 3 310 276 17
표 5에 나타나 있듯이, 본 발명의 실험예에 따른 알루미늄 합금이 인장강도 및 항복강도에서 더 높은 값을 나타냄에도 연신율은 상용 알루미늄 합금에 비해 우수하거나 동등한 것을 알 수 있다. 일반적으로 합금에 있어 강도가 증가되는 경우에는 상대적으로 연신율은 감소하게 된다. 그러나 본 발명의 실험예에 따른 알루미늄 합금은 강도의 증가와 더불어 연신율도 증가되는 특성을 이상적인 특성을 보이게 된다. 이러한 결과는 알루미늄 합금의 용탕의 청정도 개선과 관련되어 있을 수 있음은 상술한 바 있다.
도 8에는 실험예 3 및 비교예 3의 미세조직을 관찰한 결과가 나타나 있다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 실험예에 따른 알루미늄 합금의 결정립이 상용 알루미늄 합금에 비해 월등하게 미세하게 되었음을 알 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 합금(a)에서의 결정립은 약 30㎛ 의 평균크기를 가지며, 비교예에 따른 상용 알루미늄(b)의 결정립은 약 50㎛의 평균크기를 가진다.
실험예 3의 알루미늄 합금에서의 결정립 미세화는 결정립계에 분포하는 칼슘계 화합물에 의해 결정립계의 성장이 억제되었거나, 칼슘계 화합물이 응고시 핵생성 자리로 기능하였기 때문으로 판단되며, 이러한 결정립 미세화는 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 합금이 우수한 기계적 특성을 나타내는 원인 중의 하나라고 판단된다.
발명의 특정 실시예들에 대한 이상의 설명은 예시 및 설명을 목적으로 제공되었다. 따라서 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다.

Claims (40)

  1. 칼슘계 화합물을 포함하는 마그네슘 모합금 및 알루미늄을 제공하는 단계;
    상기 마그네슘 모합금 및 상기 알루미늄이 용해된 용탕을 형성하는 단계; 및
    상기 용탕을 주조하는 단계;를 포함하는, 알루미늄 합금 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 용탕을 형성하는 단계는
    상기 알루미늄을 용해하여 알루미늄 용탕을 형성하는 단계; 및
    상기 알루미늄 용탕에 상기 마그네슘 모합금을 첨가하여 용해하는 단계;를 포함하는, 알루미늄 합금 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 용탕을 형성하는 단계는
    상기 마그네슘 모합금 및 상기 알루미늄을 장착하는 단계; 및
    상기 마그네슘 모합금 및 상기 알루미늄을 같이 용해하는 단계;를 포함하는, 알루미늄 합금 제조방법.
  4. 제 1 항 있어서, 상기 마그네슘 모합금은 상기 알루미늄 100 중량부에 대해서 0.0001 내지 30 중량부인, 알루미늄 합금 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 마그네슘 모합금은 순수 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 모재로 하고, 상기 모재에 칼슘계 첨가제를 첨가하여 제조한 것인, 알루미늄 합금 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 마그네슘 합금은 알루미늄을 포함하는 것인, 알루미늄 합금 제조방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 마그네슘 모합금은
    상기 모재를 용해하여 모재 용탕을 형성하는 단계; 및
    상기 모재 용탕에 상기 칼슘계 첨가제를 첨가하는 단계;를 포함하여 형성하는, 알루미늄 합금 제조 방법.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 마그네슘 모합금은
    상기 모재 및 상기 칼슘계 첨가제를 같이 용해하는 단계를 포함하여 형성하는, 알루미늄 합금 제조 방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 마그네슘 모합금은 상기 칼슘계 첨가제의 적어도 일부를 소진시키기 위하여 상기 모재 용탕을 교반하는 단계를 더 포함하여 형성하는, 알루미늄 합금 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 교반하는 단계는 상기 칼슘계 첨가제가 실질적으로 잔류되지 않도록 상기 모재 용탕의 표면으로부터 용탕 전체 깊이의 20%이하의 상층부에서 수행하는, 알루미늄 합금 제조 방법.
  11. 제 6 항에 있어서, 상기 칼슘계 첨가제는 산화칼슘(CaO), 시안화칼슘(CaCN2), 탄화칼슘(CaC2), 수산화칼슘(Ca(OH)2) 및 탄산칼슘(CaCO3) 중 어느 하나 이상을 포함하는, 알루미늄 합금 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 칼슘계 화합물은 상기 칼슘계 첨가제로부터 공급되는 칼슘과 상기 모재의 마그네슘 또는 알루미늄이 반응하여 생성된 것인, 알루미늄 합금 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 칼슘계 화합물은 Mg-Ca 화합물, Al-Ca 화합물 및 Mg-Al-Ca 화합물 중 어느 하나 이상을 포함하는, 알루미늄 합금 제조방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 Mg-Ca 화합물은 Mg2Ca을 포함하는, 알루미늄 합금.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 Al-Ca 화합물은 Al2Ca 및 Al4Ca 중 어느 하나 이상을 포함하는, 알루미늄 합금 제조방법.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 Mg-Al-Ca 화합물은 (Mg,Al)2Ca을 포함하는, 알루미늄 합금 제조방법.
  17. 제 5 항에 있어서, 상기 칼슘계 첨가제는 상기 모재 100 중량부에 대해 0.0001 내지 30 중량부의 범위에서 첨가되는, 알루미늄 합금 제조방법.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 알루미늄은 순수 알루미늄 또는 알루미늄 합금인, 알루미늄 합금 제조방법.
  19. 제 1 항에 있어서, 철(Fe)을 1.0 중량% 이하(0% 초과)로 첨가하는 단계를 더 포함하는, 알루미늄 합금 제조방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 철(Fe)을 0.2 중량% 이하로 첨가하는, 알루미늄 합금 제조방법.
  21. 제 1 항 내지 20 항 중 어느 하나의 항에 따른 알루미늄 합금 제조방법에 의해 제조된 알루미늄 합금.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은 1000 계열, 2000 계열, 3000 계열, 4000 계열, 5000 계열, 6000 계열, 7000계열 및 8000 계열 소성 가공용(Wrought) 알루미늄 또는 100 계열, 200 계열, 300계열, 400 계열, 500 계열 및 700 계열 주조용(Casting) 알루미늄 중에서 선택된 어느 하나를 포함하는, 알루미늄 합금.
  23. 알루미늄 기지; 및
    상기 알루미늄 기지에 존재하는 칼슘계 화합물;을 포함하고,
    상기 알루미늄 기지에는 마그네슘이 고용된, 알루미늄 합금.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 마그네슘은 상기 알루미늄 기지에 0.1 내지 15 중량% 고용된, 알루미늄 합금.
  25. 제 23 항에 있어서, 상기 알루미늄 기지는 칼슘이 고용한도 이하로 고용된, 알루미늄 합금.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 칼슘은 500 ppm 이하로 고용된, 알루미늄 합금.
  27. 제 23 항에 있어서, 상기 알루미늄 기지는 경계를 이루며 서로 구분되는 복수개의 영역을 가지며 상기 경계에는 상기 칼슘계 화합물이 존재하는, 알루미늄 합금.
  28. 제 23 항에 있어서, 상기 알루미늄 기지는 경계를 이루며 서로 구분되는 복수개의 영역을 가지며 상기 영역 내에 상기 칼슘계 화합물이 존재하는, 알루미늄 합금.
  29. 제 27 항 또는 제 28 항에 있어서, 상기 영역은 결정립이고, 상기 경계는 결정립계인, 알루미늄 합금.
  30. 제 27 항 또는 제 28 항에 있어서, 상기 영역은 서로 다른 상에 의해 한정되는 상영역이며, 상기 경계는 상경계인, 알루미늄 합금.
  31. 제 23 항에 있어서, 칼슘계 화합물은 Mg-Ca 화합물, Al-Ca 화합물 및 Mg-Al-Ca 화합물 중 어느 하나 이상을 포함하는, 알루미늄 합금.
  32. 제 31 항에 있어서, 상기 Mg-Ca 화합물은 Mg2Ca을 포함하는, 알루미늄 합금.
  33. 제 31 항에 있어서, 상기 Al-Ca 화합물은 Al2Ca 및 Al4Ca 중 어느 하나 이상을 포함하는, 알루미늄 합금.
  34. 제 31 항에 있어서, 상기 Mg-Al-Ca 화합물은 (Mg,Al)2Ca을 포함하는, 알루미늄 합금.
  35. 제 23 항에 있어서, 상기 알루미늄 기지는 1000 계열, 2000 계열, 3000 계열, 4000 계열, 5000 계열, 6000 계열, 7000계열 및 8000 계열 소성 가공용(Wrought) 알루미늄 또는 100 계열, 200 계열, 300계열, 400 계열, 500 계열 및 700 계열 주조용(Casting) 알루미늄 중에서 선택된 어느 하나를 포함하는, 알루미늄 합금.
  36. 제 23 항에 있어서, 철(Fe)을 1.0 중량% 이하(0% 초과)로 더 포함하는, 알루미늄 합금.
  37. 제 36 항에 있어서, 철(Fe)을 0.2 중량% 이하로 더 포함하는, 알루미늄 합금.
  38. 제 27 항 또는 제 28 항에 있어서, 상기 영역의 평균크기가, 동일조건으로 제조된 알루미늄 합금으로서 상기 칼슘계 화합물을 갖지 않는 알루미늄 합금에 비해 더 작은, 알루미늄 합금.
  39. 제 23 항에 있어서, 인장강도가 동일조건으로 제조된 알루미늄 합금으로서 상기 칼슘계 화합물을 갖지 않는 알루미늄 합금에 비해 더 큰, 알루미늄 합금.
  40. 제 23 항에 있어서, 동일조건으로 제조된 알루미늄 합금으로서 상기 칼슘계 화합물을 갖지 않는 알루미늄 합금에 비해 인장강도는 더 크고 연신율은 더 크거나 동등한, 알루미늄 합금.
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