KR20110038357A - 알루미늄합금 조성물 - Google Patents

Abstract

알루미늄합금 조성물이 제공된다. 제공된 조성물은 알루미늄합금 조성물 전체중량비에 대하여 망간(Mn) 1.2 ~ 1.6 중량%, 철(Fe) 0.08 ~ 0.18 중량%, 티타늄(Ti) 0.03 ~ 0.1 중량%를 포함한다. 이와 같은 알루미늄합금 조성물은 망간(Mn)과, 철(Fe)과, 티타늄(Ti)을 포함하고 있어서, 다이캐스팅 공정에서 유동성을 향상시키는 효과와 함께 주물의 내부에 기포가 생성되지 않고, 표면 상태가 양호하여 후가공이 필요하지 않아 불량률을 최소화할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명의 알루미늄합금 조성물은 주물로 제조시 주물의 표면에 아노다이징을 통한 산화피막이 잘 형성되어 색상을 균일하게 얻을 수 있고, 우수한 내마모성을 얻을 수 있어서 주물의 장시간 사용시에도 주물의 마모를 최소화할 수 있어 내구성을 향상시킬 수 있다.

잉고트(INGOT), 알루미늄 지금(地金), 다이 케스팅

Description

알루미늄합금 조성물{CONPOSITION OF ALUMINUM ALLOY}

본 발명은 알루미늄합금 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 착색력과 내마모성이 우수한 알루미늄합금 조성물에 관한 것이다.

일반적으로, 알루미늄합금은 1000 계열 알루미늄 (99.0% 이상), 2000 계열 알루미늄 Al-Cu계, 3000 계열 알루미늄 Al-Mn계, 4000 계열 알루미늄 Al-Si계, 5000 계열 알루미늄 Al-Mg계, 6000 계열 알루미늄 Al-Mg-Si계, 7000 계열 알루미늄 Al-Zn계 등으로 구분되는데, 이러한 알루미늄합금을 크게 분류하면 열처리형 합금(Al-Cu계, Al-Mg-Si계, Al-Zn계)과, 비열처리형 합금(순 알루미늄계, Al-Mn계, Al-Si계, Al-Mg계)으로 나눌 수 있다. 이와 같은 알루미늄합금은 열전도도 우수하여 열 교환기, 엔진부품 등에 많이 사용되어 왔으며, 그 밖에 케이스류와 건축용 도어손잡이 등의 구성재질로서 다양하게 적용되고 있다.

한편, 알루미늄합금은 아노다이징이라 불리우는 산화피막처리, 광택처리, 착색, 일반도색 및 파우더코팅 등을 통해 표면처리가 이루어지는데, 상기한 산화피막 처리에 사용되는 아노다이징(Anodizing on aluminumAlloys)은 알루미늄합금을 양극에서 전해하여 표면에 산화피막을 형성하는 것이다. 이때, 알루미늄합금의 양극 산화는 다양한 처리액 조성과 농도, 첨가제. 처리액의 온도, 전압. 전류 등에 따라 피막의 성질이 다르게 생산할 수 있고, 이러한 아노다이징을 통해서 얻을 수 있는 특징은 피막으로 인해 내식성이 우수하고, 장식성 외관개선용이, 내마모성의 우수, 도장밀착력의 향상, 본딩성능 개선, 윤활성 개선용이, 장식목적의 특유의 색상, 도금 전처리, 표면손상의 탐색의 가능 등의 특징이 있다.

이에, 종래 아노다이징을 수행하는 알루미늄합금의 제조방법의 대표적인 일례로는 금형의 제작 및 제조 설비를 준비하는 준비 공정과, 알루미늄(Al)과 코발트(Co) 및 망간(Mn)으로 구성된 재료를 녹이는 용해 공정과, 상기 용해된 용탕을 이용한 다이캐스팅 공정과, 주물을 냉각시키는 냉각 공정과, 냉각된 주물을 아노다이징 등을 통해 그 표면을 산화처리하는 표면처리 공정으로 이루어진다.

이때, 상기의 용해 공정에서는 알루미늄(aluminium : Al)과 코발트(cobalt : Co) 및 망간(manganese: Mn)으로 구성된 혼합물을 750℃로 용해하되, 그 혼합 비율은 알루미늄(Al) 98중량%에 코발트(Co) 및 망간(Mn)이 각각 1중량% 씩 혼합하여 알루미늄합금을 적용한 것이다.

하지만, 상기한 제조방법에 적용되는 알루미늄합금은 아노다이징을 통해 수행되는 표면처리 공정에서 원하는 색상을 얻을 수 없어 불량 발생률이 높고, 장기간 사용시 표면에 형성된 색상이 변형되는 문제점과 함께 마모가 발생하는 문제점이 있다.

이에, 본 발명은 기존 알루미늄합금이 갖는 제반적인 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로,

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 알루미늄에 망간과 철과 티타늄성분이 첨가된 하여 아노다이징을 통해 수행되는 표면처리 공정에서 불량률을 최소화할 수 있고, 장기간 사용시 색상의 변형을 방지함은 물론 내마모성을 향상시킬 수 있는 알루미늄합금 조성물을 제공하는 데 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 구체적인 수단으로는;

알루미늄합금 조성물에 있어서,

조성물 전체중량비에 대하여 망간(Mn) 1.2 ~ 1.6 중량%, 철(Fe) 0.08 ~ 0.18 중량%, 티타늄(Ti) 0.03 ~ 0.1 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄합금 조성물을 구비한다.

바람직하게, 상기 알루미늄합금 조성물은 실리콘(Si), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 니켈(Ni), 아연(Zn), 크롬(Cr), 납(Pb), 주석(Sn) 중 어느 하나로 이루어진 불순물을 포함할 수 있다.

더욱 바람직하게, 상기 불순물은 조성물 전체중량비에 대하여 0.03 ~ 0.2 이 하로 포함될 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 알루미늄합금 조성물은 망간(Mn)과, 철(Fe)과, 티타늄(Ti)을 포함하고 있어서, 다이캐스팅 공정에서 유동성을 향상시키는 효과와 함께 주물의 내부에 기포가 생성되지 않고, 표면 상태가 양호하여 후가공이 필요하지 않아 불량률을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 알루미늄합금 조성물은 주물로 제조시 주물의 표면에 아노다이징을 통한 산화피막이 잘 형성되어 색상을 균일하게 얻을 수 있고, 우수한 내마모성을 얻을 수 있어서 주물의 장시간 사용시에도 주물의 마모를 최소화할 수 있어 내구성을 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 알루미늄합금 조성물은 알루미늄에 망간(Mn)과, 철(Fe)과, 티타늄(Ti)을 포함하여 이루어지며, 표 1은 본 발명의 알루미늄합금 조성물을 설명하기 위한 성분표이다.

원소명

Si

Fe

Cu

Mg

Ni

Zn

Cr

Pb

Sn

Mn

Ti

Al

기준치 (중량%)

0.2 ↓

0.08~ 0.18

0.03↓

0.01 ↓

0.03↓

0.03↓

0.03↓

0.03↓

0.03↓

1.2~ 1.6

0.03~0.1

잔부

상기 망간(Mn)은 알루미늄 잉고트(INGOT)의 용해과정에서 첨가되어 알루미늄합금의 기계적 성질(강도, 경도)을 향상시키는 기능을 수행한다. 이와 같은 망간(Mn)은 본 발명의 알루미늄합금에 대한 함유량이 하한(1.2 중량％)보다 적으면 기계적 특성(강도, 경도)이 부족하고, 망간(Mn)의 함유량이 상한(1.6 중량%)보다 많으면 전기 화학적 표면 처리를 실시할 경우 금속 광택성을 잃어버려 장식성의 저하를 초래하는 동시에, 냉간 가공성을 충분히 확보할 수 없게 된다. 이에 따라서, 본 발명에서 첨가되는 망간(Mn)의 함유량 범위는 1.2 내지 1.6 중량％ 이면 양호한 기계적 특성을 달성할 수 있다.

상기 철(Fe)은 알루미늄 잉고트(INGOT)의 불순물로 함유된다. 이와 같은 철(Fe)은 합금 전체에 걸쳐 분산된 유해한 큰 금속간화합물의 형성을 증가시켜 합금의 균열을 촉진시킬 수 있고, 합금의 취성을 증가시켜 충격강도 및 강도성질을 급격히 저하기 때문에 그 함량(중량%)을 0.08 ~ 0.18 중량%의 범위로 규제하는 것이 바람직하다.

상기 티타늄(Ti)은 알루미늄 잉고트(INGOT)의 용해과정에서 첨가된다. 이와 같은 티타늄은 과다하게 첨가할 경우 알루미늄 합금의 가공성 및 내부식성을 저하시키고, 낮은 성형성이 얻어지기 때문에 티타늄은 알루미늄합금 조성물 전체 중량비에 대하여 0.03 ~ 0.1 중량%의 범위를 유지하여야 한다.

한편, 본 발명의 알루미늄 합금 조성물에서는 알루미늄 잉고트(INGOT)에 존재하는 불순물로서 실리콘(Si), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 니켈(Ni), 아연(Zn), 크롬(Cr), 납(Pb), 주석(Sn) 중 어느 하나로 이루어진 불순물을 포함하는데, 이러한 불순물은 조성물 전체중량비에 대하여 0.03 ~ 0.2 이하로 규제하는 것이 바람직하다.

상기 실리콘(Si)은 함량이 적으면 강도 및 주조성이 나빠지고, 함량이 많으면 강도는 증가하나 신율이 감소하는 점을 고려하여, 신율의 감소를 최소화하고 강도향상 을 위하여 0.2 중량% 이하로 함유되도록 규제하는 것이 바람직하다.

상기 구리(Cu)는 함량 과다시 열전도도가 감소되고, 주조시 열간 취성이 발생되며, 소량 첨가시 고온 강도가 크게 향상되는 효과를 보이므로 0.03 중량% 이하로 함유되도록 규제하는 것이 바람직하다.

상기 마그네슘(Mg)은 함량 과다시 열전도 감소 및 주물에 산화물 형성이 많아 주조 품질의 영향과 열처리에 의해 신율 저하가 발생하고, 함량 미달시 강도가 저하되므로 강도 및 신율 확보를 위해 0.01 중량% 이하로 함유되도록 규제하는 것이 바람직하다.

상기 니켈(Ni)은 과다로 함유되는 경우 재료의 강도성질이 저하되므로 그 함량을 0.03 중량% 이하로 함유되도록 규제하는 것이 바람직하다.

상기 아연(Zn)은 함량을 과다로 함유되는 경우 열전도 및 내식성이 감소하게 되므로 그 함량을 0.03 중량% 이하로 함유되도록 규제하는 것이 바람직하다.

상기 크롬(Cr)은 과다로 함유되는 경우 재료의 강도성질이 저하되므로 그 함량을 0.03 중량% 이하로 함유되도록 규제하는 것이 바람직하다.

상기 납(Pb)은 과다로 함유되는 경우 재료의 강도성질이 저하되므로 그 함량을 0.03 중량% 이하로 함유되도록 규제하는 것이 바람직하다.

주석(Sn)은 과다로 첨가되는 경우 재료의 강도성질이 저하되므로 그 함량을 0.03 중량% 이하로 함유되도록 규제하는 것이 바람직하다.

이에, 상기와 같은 본 발명의 알루미늄 합금 조성물은 이하에서 설명하는 통상적인 주조방식에 의해 알루미늄합금 지금(地金)으로 제조될 수 있으며, 이러한 설명에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 조성물을 이용한 주조공정은 크게 알루미늄 잉고트(INGOT)를 준비하여 계량하는 공정과, 알루미늄 잉고트(INGOT)를 용해하는 공정과, 용해된 용탕을 금형에 부어 알루미늄합금 지금(地金)으로 주조하는 공정 및 제품으로 출하하는 공정을 포함한다.

상기 알루미늄 잉고트(INGOT)를 준비/계량하는 공정에서 잉고트(INGOT)는 알루미늄 99.7%이상을 함유한 잉고트(INGOT)를 적용한다.

상기 용해고정에서는 용해로에서 용해온도 780±20℃, 용해시간 2시간 30분의 용해환경으로 잉고트(INGOT)를 용해하여 용탕을 만들며, 그 이후 망간을 투입한 후 30±10분간 용해하고, 그 이후 티타늄을 투입한 후 10±10분간 용해한 후 응집체인 드로스(DROSS)를 처리하고, 샘플을 채취하여 분광분석기에 의한 성분분석을 마친 후 용탕내에 잔존하는 불순물이나 기포불량을 유발하는 수소가스를 제거하기 위한 탈 가스처리를 수행한다.

상기 알루미늄 지금(地金)을 주조하는 공정에서 주조온도는 750±20℃이고, 응고시간은 2±1분의 주조환경이 조성된다.

상기 제품출하공정에서는 팔레트형태의 알루미늄 지금(地金)의 균형과 외관검사를 수행함과 동시에 해당 계측기를 통해 성분의 재분석하는 과정을 수행한다.

한편, 상기와 같이 출하된 알루미늄 지금(地金)은 엔진부품, 새시부품 등 다양한 알루미늄 주물로 만들기 위한 주조공정을 거치게 되는데, 그 대표적인 일례로는 건축물의 도어손잡이를 주물로써 제조하는 주조공정을 들 수 있다.

건축물 도어손잡이를 제조하는 대표적인 공정은 알루미늄 지금(地金)을 용해한 용탕을 냉가압실식 다이 캐스팅 머신에 부어 사출시키되, 진공 흡입장치를 이용하여 흡입하는 사출 및 흡입 공정과, 금형 내에 내재된 주물을 냉각시키는 냉각 공정과, 냉각된 주물을 아노다이징 등을 통해 그 표면을 산화처리하는 표면처리 공정을 포함한다.

이에, 본 발명에서와 같이 알루미늄 지금(地金)을 조성하는 알루미늄 합금 조성물은 망간(Mn)과, 철(Fe)과, 티타늄(Ti)을 포함하고 있어서, 다이캐스팅 공정에서 유동성을 향상시키는 효과와 함께 주물의 내부에 기포가 생성되지 않고, 표면 상태가 양호하여 후가공이 필요하지 않은 양질의 제품을 얻을 수 있어, 불량률을 최소화할 수 있다.

아울러, 본 발명에서 제공하는 Al-Mn-Fe-Ti계 알루미늄 합금 조성물은 주물로 제조시 주물의 표면에 아노다이징을 통한 산화피막이 잘 형성되어 색상을 균일하게 얻을 수 있고, 우수한 내마모성을 얻을 수 있어서 주물의 장시간 사용시에도 주물의 마모를 최소화할 수 있어 내구성을 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 알루미늄합금 조성물에 있어서,

   조성물 전체중량비에 대하여 망간(Mn) 1.2 ~ 1.6 중량%, 철(Fe) 0.08 ~ 0.18 중량%, 티타늄(Ti) 0.03 ~ 0.1 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄합금 조성물.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 알루미늄합금 조성물은 실리콘(Si), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 니켈(Ni), 아연(Zn), 크롬(Cr), 납(Pb), 주석(Sn) 중 어느 하나로 이루어진 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄합금 조성물.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 불순물은 조성물 전체중량비에 대하여 0.03 ~ 0.2 이하로 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄합금 조성물.