KR102602006B1 - 복잡한 내부 형상을 갖는 제품의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복잡한 내부 형상을 갖는 제품의 제조방법에 관한 것으로, 다이캐스팅 금형에 알루미늄 합금으로 마련된 용탕을 주입하여 한쌍의 구성품을 제조하는 구성품 제조단계와, 한쌍의 구성품을 브레이징 접합하는 구성품 접합단계를 포함한다. 이러한 제조방법으로, 공융점이 높은 새로운 알루미늄 합금을 반응성 가스를 이용한 다이캐스팅 공법으로 기포가 발생하지 않는 구성품으로 제조한 후 브레이징 접합할 수 있어 간단한 공정으로 복잡한 내부 형상을 가지는 제품을 신속하고 정밀하게 대량으로 생산할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
Description
본 발명은 복잡한 내부 형상을 갖는 제품의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복잡한 내부 형상을 갖는 구성품을 다이캐스팅으로 제조한 후 브레이징 접합하여 제조하는 복잡한 내부 형상을 갖는 제품의 제조방법에 관한 것이다.
종래에는, 히트싱크(heat sink) 또는 매니폴드(manifold) 등과 같이 내부의 형상이 매우 복잡한 제품은 알루미늄 합금 단조재 또는 압연재를 이용하여 복잡한 부분의 내부 형상을 기계 가공한 후 브레이징, 용접 또는 기계적 체결방법으로 체결하여 제조하고 있다.
이와 같이, 복잡한 내부 구조를 기계 가공을 통하여 구현해야 하기 때문에 제조공정이 복잡하고, 대량 생산이 어려운 문제가 있다.
미국등록특허 제5725044호 및 한국공개특허 제2002-0044007호에서는 붕괴성 중자를 이용한 다이캐스팅 제조방법이 개시되어 있다. 이러한 방법을 통하여 복잡한 형상을 갖는 제품을 제작할 수는 있지만, 내부가 복잡한 구조에 적용이 어려운 문제가 있고, 형상이 정밀한 경우에는 주조공정에서 중자가 파손되는 등의 문제로 기술 적용의 한계가 있다.
이에, 생산성이 우수한 다이캐스팅 공법으로 복잡한 형상을 가지는 제품을 한쌍으로 분할 제조한 후 브레이징 접합하여 내부에 복잡한 형상을 가지는 제품을 제조하는 방법을 고려해 볼 수 있다.
하지만, 다이캐스팅 공법에 주로 사용되는 ADC 12 알루미늄 합금, ADC 10 알루미늄 합금 등과 같은 금속은 실리콘(Si) 함량이 높아 유동성이 우수하지만, 공융점이 낮아서 브레이징 접합 시에 모재가 용융되어 브레이징 접합을 적용할 수 없는 문제가 있다.
또한, 다이캐스팅 공법은 중력 주조 또는 용탕 단조와는 달리 고속으로 용탕을 다이캐스팅 금형 내에 주입하는 방법으로 용탕 주입 시 공기 등이 혼입되어 400℃ 정도로 가열하면 혼입된 공기의 열팽창으로 인하여 표면에 기포가 발생되므로 브레이징 접합이 어려운 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 새로운 알루미늄 합금을 이용하여 다이캐스팅 공법으로 구성품을 제작한 후 브레이징 접합하여 내부에 복잡한 형상이 구현된 제품을 제조할 수 있는 제조방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복잡한 내부 형상을 갖는 제품의 제조방법은, 다이캐스팅 금형에 알루미늄 합금으로 마련된 용탕을 주입하여 한쌍의 구성품을 제조하는 구성품 제조단계; 및 한쌍의 구성품을 브레이징 접합하는 구성품 접합단계;를 포함하여 이루어질 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 구성품 제조단계는, 상기 다이캐스팅 금형에 상기 용탕과 발열반응을 일으키는 반응성 가스를 주입하는 가스 주입단계; 및 상기 다이캐스팅 금형에 상기 반응성 가스가 주입되는 즉시 상기 용탕을 주입하는 용탕 주입단계;를 포함하여 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 구성품 제조단계는, 상기 다이캐스팅 금형에 주입된 상기 반응성 가스와 상기 용탕의 발열반응으로 발생된 반응열에 의해 상기 용탕의 유동성을 확보할 수 있다.
또한, 상기 구성품 제조단계는, 상기 반응성 가스로 산소를 사용하여, 상기 용탕이 상기 산소와 반응하여 고체화되면서 상기 다이캐스팅 금형 내부의 진공도가 높아지면서 상기 용탕이 충진되어 기포가 발생하지 않도록 제조할 수 있다.
그리고, 상기 구성품 접합단계는, 540℃ 내지 580℃에서 용융되는 용가재를 이용하여 한쌍의 구성품을 브레이징 접합하도록 이루어질 수 있다.
상기 알루미늄 합금은, 공융점이 600℃ 이상이 되도록 이루어질 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 알루미늄 합금은, 철(Fe) 1.2 내지 2.2 중량%, 실리콘(Si) 0.8 내지 2.8 중량%, 티타늄(Ti) 0.2 내지 0.6 중량%, 잔부 알루미늄(Al) 및 불가피한 불순물을 포함하도록 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 알루미늄 합금은, 니켈(Ni) 0.2 내지 0.4 중량%를 더 포함하도록 이루어질 수 있다.
또는, 상기 알루미늄 합금은, 비스무트(Bi) 0.05 내지 0.1 중량%를 더 포함하도록 이루어질 수도 있다.
그리고, 상기 불가피한 불순물은, 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 아연(Zn) 중 적어도 어느 하나를 포함하되, 각각의 함량은 알루미늄 합금 전체 중량에 대하여 0.05 중량% 미만으로 함유되게 이루어질 수 있다.
본 발명에 의한 복잡한 내부 형상을 갖는 제품의 제조방법에 따르면, 공융점이 높은 새로운 알루미늄 합금을 반응성 가스를 이용한 다이캐스팅 공법으로 기포가 발생하지 않는 구성품으로 제조한 후 브레이징 접합할 수 있어 간단한 공정으로 복잡한 내부 형상을 가지는 제품을 신속하고 정밀하게 대량으로 생산할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 복잡한 내부 형상을 갖는 제품의 제조방법을 개략적으로 나타낸 순서도,
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 복잡한 내부 형상을 갖는 제품의 제조방법에서 구성품 제조단계를 개략적으로 나타낸 순서도,
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 복잡한 내부 형상을 갖는 제품의 제조방법에 사용되는 알루미늄 합금의 열분석 그래프,
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 복잡한 내부 형상을 갖는 제품의 제조방법에 의해 제조된 제품의 단면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 복잡한 내부 형상을 갖는 제품의 제조방법에서 구성품 제조단계를 개략적으로 나타낸 순서도,
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 복잡한 내부 형상을 갖는 제품의 제조방법에 사용되는 알루미늄 합금의 열분석 그래프,
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 복잡한 내부 형상을 갖는 제품의 제조방법에 의해 제조된 제품의 단면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 의도는 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않을 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 복잡한 내부 형상을 갖는 제품의 제조방법을 개략적으로 나타낸 순서도이고, 도 2는 상기 제조방법에서 구성품 제조단계를 개략적으로 나타낸 순서도이다.
그리고, 도 3은 상기 제조방법에 사용되는 알루미늄 합금의 열분석 그래프이고, 도 4는 상기 제조방법에 의해 제조된 제품의 단면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 복잡한 내부 형상을 갖는 제품의 제조방법은 다이캐스팅 금형에 알루미늄 합금으로 마련된 용탕을 주입하여 한쌍의 구성품을 제조하는 구성품 제조단계(S110)와, 한쌍의 구성품을 브레이징 접합하는 구성품 접합단계(S120)를 포함한다.
여기서, 구성품 제조단계(S110)에서 제조된 한쌍의 구성품에서 복잡한 형성이 구현된 부분이 내부에 위치하도록 한쌍의 구성품을 맞닿은 후 맞닿은 부분에 용가재를 이용하여 브레이징 접합하여 복잡한 내부 형상을 갖는 제품을 제조할 수 있다.
상기 구성품 제조단계(S110)는 복잡한 형상을 용이하게 제작할 수 있도록 다이캐스팅 공법을 이용하였다. 그리고, 용탕의 유동성을 확보하면서 기포가 발생하지 않도록 반응성 가스를 이용하였다. 즉, 상기 다이캐스팅 금형 내부로 용탕을 주입하면서 이와 동시에 또는 적어도 미리 반응성 가스를 주입하여 반응성 기체의 적어도 일부가 용탕과 반응하도록 하였다.
보다 구체적으로, 상기 구성품 제조단계(S110)는 상기 다이캐스팅 금형에 상기 용탕과 발열반응을 일으키는 반응성 가스를 주입하는 가스 주입단계(S111)와, 상기 다이캐스팅 금형에 상기 반응성 가스가 주입되는 즉시 상기 용탕을 주입하는 용탕 주입단계(S112)를 포함하여 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 구성품 제조단계(S110)는 상기 다이캐스팅 금형에 반응성 가스를 주입하기 전에 상기 다이캐스팅 금형의 내부를 진공 상태로 만드는 단계를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
즉, 진공 펌프와 같은 진공 수단을 상기 다이캐스팅 금형에 연결하여 내부에 형성되어 있는 공간에 존재하는 공기를 배기하여 상기 다이캐스팅 금형의 내부를 진공상태로 만들 수 있다.
이때, 상기 다이캐스팅 금형의 내부를 진공상태로 만들면서 상기 가스 주입단계(S111)를 함께 진행할 수 있다.
예를 들어, 상기 다이캐스팅 금형의 일측에서 진공 펌프에 의해 공기가 배출되면서 타측에서 반응성 가스가 주입되게 이루어질 수 있다. 따라서, 감압 과정과 가스 주입단계는 동시에 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 용탕 주입단계(S112)는 상기 다이캐스팅 금형에 상기 반응성 가스가 주입되는 즉시 상기 용탕을 주입하도록 이루어진다.
이때, 상기 용탕을 강제로 주입하는 장치를 통하여 상기 다이캐스팅 금형에 상기 용탕을 신속하게 주입하도록 이루어질 수 있다. 즉, 상기 용탕을 상기 다이캐스팅 금형에 주입하게 되면 응고가 시작되므로, 별도의 강제 주입장치를 통하여 용탕을 보다 신속하게 주입하도록 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 가스 주입단계(S111)에서 사용되는 반응성 가스로 산소(O2)를 사용할 수 있다.
상기 다이캐스팅 금형에 산소를 주입한 후 상기 용탕을 주입하면, 알루미늄(Al)과 산소(O2)가 반응하여 산화알루미늄(Al2O3)을 형성하게 된다.
이와 같이, 알루미늄(Al)과 산소(O2)의 반응은 발열반응으로 반응열을 발생시키고, 이때 발생된 반응열은 주입되는 용탕에 열원으로 작용하여 용탕이 응고되는 것을 지연시켜 용탕의 유동성을 확보할 수 있다.
또한, 상기 용탕이 상기 산소와 반응하여 고체화되면서 상기 다이캐스팅 금형 내부의 진공도가 높아지면서 상기 용탕이 충진되어 기포가 발생하지 않게 된다.
즉, 상기 용탕의 알루미늄(Al)이 산소(O2)와 반응하여 산화알루미늄(Al2O3)으로 고체화되고, 산소가 존재하던 공간은 순간적으로 초진공 상태가 되면서 용탕이 빠른 속도로 충진되므로 조직 내에 기포가 발생하는 것을 차단할 수 있다.
물론, 상기 반응성 기체가 산소에 한정되는 것은 아니고 알루미늄과 발열반응하면서 고체화된다면 어떠한 기체도 적용될 수 있다.
본 발명의 제조방법에서 사용되는 상기 용탕은 공융점이 600℃ 이상이 되는 알루미늄 합금이 적용된다.
즉, 브레이징 접합 시에 사용되고 있는 용가재는 접합 강도와 화학적 특성이 우수하도록 540℃ 내지 580℃에서 용융되는 용가재를 사용한다.
따라서, 본 발명에서는 상기 용가재를 용융시켜 모재를 접합하는 브레이징 접합 시에 모재인 상기 구성품이 용융되지 않도록 공융점이 600℃ 이상인 알루미늄 합금을 사용하였다.
종래, 다이캐스팅 공법에 주로 사용되는 ADC 12, ADC 10 알루미늄 합금은 실리콘(Si) 함량이 높아 유동성이 우수하지만, 공융점이 낮아서 브레이징 접합 시에 모재가 용융되어 브레이징 접합을 적용할 수 없는 문제가 있다.
또한, 브레이징 접합이 가능한 A1100, A3003, A6063 등의 알루미늄 합금은 용탕의 유동성과 금형과의 소착 등의 문제로 다이캐스팅 공정이 어려운 문제가 있다.
이에, 본 발명에서는 다이캐스팅 공정과 브레이징 접합이 모두 가능한 새로운 알루미늄 합금을 개발하였다.
보다 구체적으로, 상기 알루미늄 합금은 철(Fe) 1.2 내지 2.2 중량%, 실리콘(Si) 0.8 내지 2.8 중량%, 티타늄(Ti) 0.2 내지 0.6 중량%, 잔부 알루미늄(Al) 및 불가피한 불순물을 포함하여 이루어진다.
철(Fe)은 그 함량을 1.2 내지 2.2 중량%로 한정한다.
여기서, 철(Fe)의 함량이 1.2 중량% 미만이 되면, 고속 및 고압으로 금형 내에 용융된 알루미늄 합금을 주입하는 다이캐스팅 공정에서 금형 표면에 제품의 소착이 발생되는 문제가 있다.
그리고, 철(Fe)의 함량이 1.2 중량% 이상이 되면, 다이캐스팅과 같이 냉각속도가 빠른 공정에서는 철(Fe)-알루미늄(Al)-실리콘(Si) 계의 매우 미세한 금속간 화합물이 생성되어 후공정인 브레이징 접합이 실시되는 온도범위(540~580℃)에서도 공융점을 저하시키지 않으며, 고온 강도를 강화시키는 역할을 한다.
그리고, 철(Fe)의 함량이 2.2 중량%를 초과하면 합금이 매우 취약해져 다이캐스팅 공정으로 제작한 구성품에 균열이 발생되는 문제가 있다.
실리콘(Si)은 그 함량을 0.8 내지 2.8 중량%로 한정한다.
실리콘(Si)은 브레이징 접합 시에 용가재의 확산력을 향상시키고, 철(Fe)과 함께 제품의 고온 강도를 향상시키는 미세한 금속간 화합물을 형성하여 브레이징 온도 범위에서도 제품의 변형을 방지한다.
여기서, 실리콘(Si) 함량이 0.6 중량% 미만이 되면, 상기한 효과가 낮아지고, 용탕의 유동성이 저하되어 다이캐스팅 공정에서 제품 성형이 어려워지는 문제가 있다.
그리고, 실리콘(Si) 함량이 2.8 중량%를 초과하게 되면, 540℃에서 용해되는 Al-Si 조직이 생성되어 브레이징 접합 온도범위(540~580℃)에서 국부적인 용해가 발생하게 되어 브레이징 접합 강도가 저하되는 문제가 있다.
티타늄(Ti)은 그 함량을 0.2 내지 0.6 중량%로 한정한다.
티타늄(Ti)을 0.2 내지 0.6 중량% 함유하면 공융점을 저하시키지 않으면서 알루미늄 합금의 조직과 알루미늄(Al)-철(Fe) 계 금속간 화합물의 생성 형상을 미세화시켜 응고 중에 발생되는 균열을 방지하는 효과을 얻을 수 있다.
또한, 티타늄(Ti)을 첨가하면 브레이징 접합 시에 용가재의 확산성이 향상되어 접합력을 향상시킬 수 있다.
여기서, 티타늄(Ti) 함량이 0.2 중량% 미만인 경우, 알루미늄 합금의 조직의 미세화 효과는 얻을 수 있으나, 철(Fe)-알루미늄(Al)계 금속간 화합물의 생성 형태의 개량 효과가 낮은 문제가 있다.
그리고, 티타늄(Ti) 함량이 0.6 중량%를 초과하게 되면, 조대한 알루미늄(Al)-티타늄(Ti) 금속간 화합물이 생성되면서 용탕의 유동성이 저하되어 응고 과정에서 균열이 발생하는 문제가 있다.
이에, 본 발명에서는 철(Fe) 1.2 내지 2.2 중량%, 실리콘(Si) 0.8 내지 2.8 중량%, 티타늄(Ti) 0.2 내지 0.6 중량%, 잔부 알루미늄(Al) 및 불가피한 불순물을 포함하여 이루어진 알루미늄 합금을 용탕으로 사용하였다.
일 예로, 철(Fe) 1.8 중량%, 실리콘(Si) 2.2 중량%, 티타늄(Ti) 0.5 중량%, 잔부 알루미늄(Al) 및 불가피한 불순물을 포함하는 알루미늄 합금에 제작한 후 열분석을 수행하여 도 3에 나타내었다.
여기서 사용된 열분석 방법은 시차주사 열량분석(Differential Scanning Calorimetry; DSC)으로 시료와 기준물질의 온도를 변화시키면서 그 시료와 기준물질에 대한 에너지(energy) 입력의 차를 온도의 함수로서 측정하는 방법이다.
도 3을 참고하면, 열분석 결과로서 온도상승곡선에 변화가 615℃에서 처음으로 시작되고, 그리고 620℃, 642℃, 649℃에서 3개의 피크(peak) 점이 나타나고 있음을 알 수 있다.
우선, 615℃에서는 상의 변화가 우선적으로 발생되기 쉬운 알루미늄(Al)-실리콘(Si)계 금속간 화합물이 용해가 시작되는 것을 나타내고 있다.
그리고, 642℃와 649℃에 나타나는 피크 점은 각각 알루미늄(Al)-철(Fe)계와 알루미늄(Al)-티타늄(Ti)계 금속간 화합물의 용해 잠열에 의해 나타나는 변곡점들이다.
그리고, 653℃에서는 완전히 액상으로 상이 변하는 것을 알 수 있다.
즉, 상기의 알루미늄 합금은 615℃ 까지는 공융(eutectic) 혹은 용해되지 않으므로 540 내지 580℃의 온도범위에서 브레이징 접합이 가능함을 잘 나타내고 있다.
이러한, 상기 알루미늄 합금을 용탕으로 하여 다이캐스팅 금형에서 한쌍의 구성품을 제조한 후 브레이징 접합으로 한쌍의 구성품을 접합하여 제품을 제조한다. 이러한 제조방법으로 제조된 제품의 단면을 도 4에 나타내었다.
도 4에 나타난 제품은 용가재를 560℃에서 용해하여 한쌍의 구성품을 브레이징 접합하였다.
도 4에 나타난 바와 같이, 용가재가 용융되면서 상부 구성품(110)과 하부 구성품(120) 사이의 틈새로 모세관 현상에 의해 스며들어 응고되면서 접합조직(130)을 보이고 있다.
상부 구성품(110)과 하부 구성품(120)에서는 기포가 형성되지 않았고, 접합부에서 국부적인 용해도 발생하지 않고 건전한 접합조직(130)을 형성하고 있음을 확인할 수 있다.
본 발명의 제조방법에서 사용되는 알루미늄 합금은 니켈(Ni) 0.2 내지 0.4 중량%를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
니켈(Ni)을 0.2 내지 0.4 중량% 함유하면 알루미늄(Al)-니켈(Ni)의 미세한 금속간 화합물이 생성되어 고온에서의 강도를 보다 더 향상시킬 수 있다. 또한 알루미늄(Al)-니켈(Ni)의 금속간 화합물은 제품의 용융온도를 저하시키지 않고, 브레이징 접합 시 결합력을 향상시킨다.
여기서, 니켈(Ni)의 함량이 0.2 중량% 미만인 경우에는, 알루미늄 합금의 고온 강도 향상 효과가 낮고,
그리고, 니켈(Ni)의 함량이 0.6 중량%를 초과하게 되면, 알루미늄 합금의 유동성이 저하되어 다이캐스팅 공정 후 응고 시에 균열이 발생하는 문제가 있다.
따라서, 본 발명에서는 니켈(Ni)을 추가로 함유하는 경우에는, 니켈(Ni)을 0.2 내지 0.4 중량% 함유하도록 한정하고 있다.
나아가, 본 발명의 제조방법에서 사용되는 알루미늄 합금은 비스무트(Bi) 0.05 내지 0.1 중량%를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
비스무트(Bi)를 0.05 내지 0.1 중량% 함유하면 알루미늄 합금의 표면장력을 감소시켜, 브레이징 접합 시에 용가재의 유동성이 향상되어 브레이징 접합 특성을 향상시킬 수 있다.
여기서, 비스무트(Bi) 함량이 0.05 중량% 미만인 경우, 용가재의 젖음성 개량 효과가 낮아지게 되는 문제가 있다.
그리고, 비스무트(Bi) 함량이 0.1 중량%를 초과하게 되면, 알루미늄 합금의 공융점이 낮아지게 되어 브레이징 접합 시에 국부적인 용해가 발생하여 브레이징 접합 강도가 저하되는 문제가 있다.
따라서, 본 발명에서는 비스무트(Bi)를 추가로 함유하는 경우에는, 비스무트(Bi)를 0.05 내지 0.1 중량% 함유하도록 한정하고 있다.
그리고, 상기 알루미늄 합금에 포함되는 상기 불가피한 불순물은 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 아연(Zn) 중 적어도 어느 하나를 포함하도록 이루어질 수 있다.
상기 불가피한 불순물로 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 아연(Zn)이 포함되는 경우에는, 각각의 함량은 알루미늄 합금 전체 중량에 대하여 0.05 중량% 미만으로 함유된다.
즉, 구리(Cu), 아연(Zn)의 경우 각각의 그 함량이 0.05 중량%를 초과하여 함유되면, 공융점이 낮아지게 되어 브레이징 접합 온도에서 국부적으로 용해되는 부분이 발생되는 문제가 있다,
그리고, 마그네슘(Mg)은 그 함량이 0.05 중량%를 초과하여 함유되면, 고온 산화가 심하게 발생되어 브레이징 접합 시에 용가재의 결합 강도를 현저하게 저하시키는 문제가 있다.
따라서, 본 발명에서는 불가피한 불순물로 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 아연(Zn) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 경우에는 각각의 함량을 알루미늄 합금 전체 중량에 대하여 0.05 중량% 미만으로 함유하도록 한정하고 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 제조방법에 따르면, 반응성 가스를 이용한 다이캐스팅 공법으로 기포가 발생하지 않도록 구조가 복잡한 구성품을 제조할 수 있고, 공융점이 높은 새로운 알루미늄 합금으로 구성품을 제조하여 브레이징 접합할 수 있어 간단한 공정으로 복잡한 내부 형상을 가지는 제품을 신속하고 정밀하게 대량으로 생산할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
110 : 상부 구성품
120 : 하부 구성품
130 : 접합조직
120 : 하부 구성품
130 : 접합조직
Claims (10)
- 다이캐스팅 금형에 공융점이 600℃이상이 되는 알루미늄 합금으로 마련된 용탕을 주입하여 한쌍의 구성품을 제조하는 구성품 제조단계; 및
540℃ 내지 580℃에서 용융되는 용가재를 이용하여 한쌍의 구성품을 브레이징 접합하는 구성품 접합단계;를 포함하고,
상기 알루미늄 합금은,
철(Fe) 1.2 내지 2.2 중량%, 실리콘(Si) 1.1 내지 2.8 중량%, 티타늄(Ti) 0.4 내지 0.6 중량%, 잔부 알루미늄(Al) 및 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 복잡한 내부 형상을 갖는 제품의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 구성품 제조단계는,
상기 다이캐스팅 금형에 상기 용탕과 발열반응을 일으키는 반응성 가스를 주입하는 가스 주입단계; 및
상기 다이캐스팅 금형에 상기 반응성 가스가 주입되는 즉시 상기 용탕을 주입하는 용탕 주입단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 복잡한 내부 형상을 갖는 제품의 제조방법.
- 제2항에 있어서,
상기 구성품 제조단계는,
상기 다이캐스팅 금형에 주입된 상기 반응성 가스와 상기 용탕의 발열반응으로 발생된 반응열에 의해 상기 용탕의 유동성을 확보할 수 있는 것을 특징으로 하는 복잡한 내부 형상을 갖는 제품의 제조방법.
- 제2항에 있어서,
상기 구성품 제조단계는,
상기 반응성 가스로 산소를 사용하여, 상기 용탕이 상기 산소와 반응하여 고체화되면서 상기 다이캐스팅 금형 내부의 진공도가 높아지면서 상기 용탕이 충진되어 기포가 발생하지 않는 것을 특징으로 하는 복잡한 내부 형상을 갖는 제품의 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 알루미늄 합금은,
니켈(Ni) 0.2 내지 0.4 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복잡한 내부 형상을 갖는 제품의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 알루미늄 합금은,
비스무트(Bi) 0.05 내지 0.1 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복잡한 내부 형상을 갖는 제품의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 불가피한 불순물은,
마그네슘(Mg), 구리(Cu), 아연(Zn) 중 적어도 어느 하나를 포함하되, 각각의 함량은 알루미늄 합금 전체 중량에 대하여 0.05 중량% 미만으로 함유되는 것을 특징으로 하는 복잡한 내부 형상을 갖는 제품의 제조방법.
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004141920A (ja) | 2002-10-24 | 2004-05-20 | Nissan Motor Co Ltd | アルミニウム合金ダイカスト鋳物製センターピラーおよびその製造方法 |
| JP2018122361A (ja) | 2015-10-19 | 2018-08-09 | 株式会社神戸製鋼所 | アルミニウム構造部材の接合方法 |
| KR102210374B1 (ko) * | 2019-08-19 | 2021-02-02 | 한국생산기술연구원 | 다이캐스팅용 보조장치 및 이를 이용한 다이캐스팅 방법 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5021145B1 (ko) * | 1970-08-18 | 1975-07-21 | ||
| JPH0881726A (ja) * | 1994-09-14 | 1996-03-26 | Showa Denko Kk | 鋳造用アルミニウム合金 |
| JP3159893B2 (ja) * | 1995-07-10 | 2001-04-23 | 京浜産業株式会社 | ろう付用アルミニウム合金鋳物材およびそのろう付方法 |
| JP3262268B2 (ja) * | 1997-11-12 | 2002-03-04 | 金 明鎭 | ろう材及びその製造方法 |
| KR20020044007A (ko) | 2000-12-05 | 2002-06-14 | 이계안 | 붕괴성 중자를 이용한 다이캐스팅 공법에 의한 파워스티어링 펌프의 리어커버 제조방법 |
| FR2862894B1 (fr) * | 2003-11-28 | 2007-02-16 | Pechiney Rhenalu | Bande en alliage d'alluminium pour brasage |
| JP2007111730A (ja) * | 2005-10-19 | 2007-05-10 | Toyota Motor Corp | アルミニウムダイカスト品のロウ付け方法 |
| KR20130137922A (ko) * | 2012-06-08 | 2013-12-18 | 엘지전자 주식회사 | 열교환기 및 그 제조 방법 |
| KR102282585B1 (ko) * | 2016-04-12 | 2021-07-28 | 주식회사 에스피텍 | 합금 조성과 합금 전위의 조절을 이용한 고내식 열교환기 시스템 |
-
2021
- 2021-10-07 KR KR1020210132947A patent/KR102602006B1/ko active IP Right Grant
-
2022
- 2022-10-06 WO PCT/JP2022/038494 patent/WO2023058780A1/ja unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004141920A (ja) | 2002-10-24 | 2004-05-20 | Nissan Motor Co Ltd | アルミニウム合金ダイカスト鋳物製センターピラーおよびその製造方法 |
| JP2018122361A (ja) | 2015-10-19 | 2018-08-09 | 株式会社神戸製鋼所 | アルミニウム構造部材の接合方法 |
| KR102210374B1 (ko) * | 2019-08-19 | 2021-02-02 | 한국생산기술연구원 | 다이캐스팅용 보조장치 및 이를 이용한 다이캐스팅 방법 |
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