KR20200062750A - Al alloy foam and manufacturing method of thereof - Google Patents

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Abstract

According to one aspect of the present invention, provided is an aluminum alloy foam. An object of the present invention is to provide the aluminum alloy foam added with magnesium, which can be used in automotive bumper systems, building soundproofing facilities, bulletproof boards, etc., and a manufacturing method thereof. The aluminum alloy foam includes: an aluminum alloy base containing magnesium; and a ceramic hollow material dispersed in the aluminum alloy base. A magnesium content ranges from 3.0 to 6.0 wt%. A reaction layer including a magnesium-aluminum composite oxide is formed at an interface where an aluminum alloy base comes in contact with the ceramic hollow material.

Description

알루미늄 합금 폼 및 이의 제조방법{Al alloy foam and manufacturing method of thereof}Aluminum alloy foam and its manufacturing method {Al alloy foam and manufacturing method of thereof}

본 발명은 알루미늄 합금 폼 및 이의 제조방법에 대한 것으로서, 더 상세하게는 충격흡수능, 흡차음 특성, 방폭 특성이 우수할 뿐만 아니라, 종래의 알루미늄 폼 대비 기계적 성질이 우수하여 자동차 범퍼시스템, 건물 방음시설, 방탄판 등에 사용가능한 마그네슘이 첨가된 알루미늄 합금 폼 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an aluminum alloy foam and a method for manufacturing the same, and more specifically, not only has excellent shock absorbing performance, sound absorbing and insulating properties, and explosion-proof properties, but also has excellent mechanical properties compared to conventional aluminum foam, thus providing a vehicle bumper system, building soundproofing facility. , Aluminum alloy foam added to be usable for bulletproof boards and the like and a method for manufacturing the same.

마이크로스피어, 세노스피어 등 중공체를 내부에 분산시킨 폼의 경우 고분자 기지를 이용한 폼의 제조기술이 보고된 바 있다. 이 방법은 중공체와 고분자 간의 결합력이 우수하여 중공체를 고분자에 함침시키는 방법이 사용된다. 그러나 고분자 기지 폼의 경우 기계적 성질이 불량하여 구조용 소재로 사용되기에는 부적합하다.In the case of a foam in which hollow bodies such as microspheres and cenospheres are dispersed therein, a technique for manufacturing a foam using a polymer matrix has been reported. In this method, a method of impregnating the hollow body with the polymer is used because the bonding force between the hollow body and the polymer is excellent. However, the polymer matrix foam has poor mechanical properties and is unsuitable for use as a structural material.

한편, 금속기지로 구성된 폼의 경우 분말야금법, 용탕가압함침법, 교반주조법 등이 사용되고 있으며 수송기기, 건축물 등 경량성이 요구되는 용도로는 알루미늄 폼이 주로 사용되고 있다. 알루미늄 폼은 경량성이 우수할 뿐만 아니라 충격흡수능, 흡차음 특성, 진동감쇠능, 방폭특성이 우수하여 자동차 범퍼시스템, 건물 방음 시설, 방탄판 등에 사용된다. On the other hand, in the case of a foam composed of a metal base, a powder metallurgy method, a molten metal pressure impregnation method, a stir casting method, etc. are used, and aluminum foam is mainly used for applications requiring light weight such as transportation equipment and buildings. Aluminum foam is not only excellent in light weight, but also has excellent shock absorption, sound absorption, vibration damping, and explosion-proof properties, and is used in automobile bumper systems, building sound insulation, and bulletproof plates.

주조법은 주로 용탕 내부에 증점제와 발포제를 첨가하여 발포시키는 발포법이 사용되어 왔다. 그러나 이러한 발포주조법은 고가의 발포제를 사용함으로써 제조비용이 상승할 뿐만 아니라 발포 공정 변수의 제어가 용이하지 않아서 불량율이 높다는 단점이 있다. As the casting method, a foaming method in which a thickener and a foaming agent is added to the inside of a molten metal to foam is used. However, such a foam casting method has the disadvantage that the manufacturing cost is increased by using an expensive foaming agent and the defect rate is high because it is not easy to control the foaming process parameters.

한편, 금속 기지 내에 중공체를 분산시켜서 제조하는 알루미늄 폼 제조방법은 증점제와 발포제를 사용하지 않으므로 발포법에 비하여 제조 비용 및 원소재 비용이 저렴하다는 장점이 있다. 알루미늄 내부에 중공체를 분산시키는 기술은 분말야금법, 용탕가압함침법 등이 보고되고 있다. 알루미늄 분말과 중공체 분말을 혼합하여 제조하는 분말야금법은 우수한 분산성을 보이고 있으나, 분말야금법의 특성상 제조비용이 증가한다. 용탕가압함침법은 중공체 분말을 몰드 안에 넣은 후 알루미늄 용탕을 가압하여 충진시키는 방법으로서 균일분산과 우수한 계면특성을 얻을 수 있으나 배치형 제조방식으로 인하여 생산성이 낮고 시편 크기의 제한을 받는다는 단점이 있다. On the other hand, the method of manufacturing an aluminum foam by dispersing a hollow body in a metal matrix does not use a thickener and a blowing agent, and thus has an advantage of lower manufacturing cost and raw material cost than the foaming method. Powder metallurgy, molten metal pressure impregnation, etc. have been reported as techniques for dispersing hollow bodies in aluminum. The powder metallurgy method prepared by mixing aluminum powder and hollow powder shows excellent dispersibility, but the manufacturing cost increases due to the characteristics of the powder metallurgy method. The molten metal pressure impregnation method is a method of filling a hollow body powder into a mold and then filling the aluminum molten metal to obtain uniform dispersion and excellent interfacial properties, but has a disadvantage of low productivity and limited sample size due to the batch-type manufacturing method. .

최근에 알루미늄 합금 내부에 중공체를 분산시키는 방법으로서 주조법이 제안된 바 있다. 그러나 이 방법은 최종적으로 금형에 주입하여 가압하는 방식으로서 단순히 용탕에서 분산시키는 방법이 아님을 알 수 있다.Recently, a casting method has been proposed as a method for dispersing a hollow body inside an aluminum alloy. However, it can be seen that this method is a method of final injection and pressurization into a mold, and is not simply a method of dispersing in a molten metal.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 제조단가를 획기적으로 감소시킬 수 있으며, 충격흡수능, 흡차음 특성, 방폭 특성이 우수할 뿐만 아니라, 종래의 알루미늄 폼 대비 기계적 성질이 우수하여 자동차 범퍼시스템, 건물 방음시설, 방탄판 등에 사용이 가능한 마그네슘이 첨가된 알루미늄 합금 폼 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Therefore, the present invention is to solve a number of problems, including the above problems, it is possible to significantly reduce the manufacturing cost, as well as excellent shock absorbing performance, sound absorbing and insulating properties, explosion-proof properties, compared to the conventional aluminum foam It is an object of the present invention to provide an aluminum alloy foam containing magnesium that can be used in automobile bumper systems, building soundproofing facilities, bulletproof plates, etc., and its manufacturing method. However, these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereby.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 알루미늄 합금 폼을 제공한다. According to one aspect of the present invention for solving the above problems, there is provided an aluminum alloy foam.

상기 알루미늄 합금 폼은 마그네슘을 함유하는 알루미늄 합금 기지; 및 상기 알루미늄 합금 기지 내에 분산된 세라믹 중공 소재;를 포함하며, 상기 마그네슘의 함량은 3.0 wt% 내지 6.0 wt% 의 범위을 가지고, 상기 알루미늄 합금 기지 및 상기 세라믹 중공 소재가 서로 접하는 계면에는 마그네슘-알루미늄 복합 산화물을 포함하는 반응층이 형성될 수 있다. The aluminum alloy foam is an aluminum alloy base containing magnesium; And a ceramic hollow material dispersed in the aluminum alloy matrix, wherein the magnesium content has a range of 3.0 wt% to 6.0 wt%, and a magnesium-aluminum composite is formed at an interface where the aluminum alloy matrix and the ceramic hollow material contact each other. A reaction layer containing oxide may be formed.

상기 알루미늄 합금 폼에 있어서, 상기 세라믹 중공 소재의 함량은 20 Vol.% 내지 50 Vol.% 일 수 있다. In the aluminum alloy foam, the content of the ceramic hollow material may be 20 Vol.% to 50 Vol.%.

상기 알루미늄 합금 폼에 있어서, 알루미늄 합금 기지 내에 실리콘의 함량은 1.0 wt% 미만의 범위를 가질 수 있다. In the aluminum alloy foam, the content of silicon in the aluminum alloy matrix may have a range of less than 1.0 wt%.

상기 알루미늄 합금 폼에 있어서, 상기 알루미늄 합금 내에 분산된 상기 세라믹 중공 소재의 분산균일도는 하기 수학식 1로 정의되는 분산균일도(%)가 82% 내지 96%일 수 있다.In the aluminum alloy foam, the dispersion uniformity of the ceramic hollow material dispersed in the aluminum alloy may have a dispersion uniformity (%) defined by Equation 1 below from 82% to 96%.

[수학식 1][Equation 1]

분산균일도(%)={1-(세라믹 중공 소재의 분율에 대한 표준편차/세라믹 중공 소재의 평균 분율)}×100Dispersion uniformity (%)={1-(standard deviation from the ratio of ceramic hollow material/average fraction of ceramic hollow material)}×100

상기 알루미늄 합금 폼에 있어서, 상기 세라믹 중공 소재는 125 ㎛ 내지 500 ㎛의 입도 범위를 가질 수 있다.In the aluminum alloy foam, the ceramic hollow material may have a particle size range of 125 μm to 500 μm.

본 발명의 다른 관점에 따르면, 알루미늄 합금 폼의 제조방법을 제공한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an aluminum alloy foam.

알루미늄 용탕에 3.0 wt% 내지 6.0 wt% 범위의 마그네슘을 첨가하는 단계; 및 교반기를 이용하여 상기 알루미늄 합금 용탕에 와류(vortex)를 형성하면서 상기 와류가 형성된 상기 알루미늄 합금 용탕에 세라믹 중공 소재를 첨가하는 단계;를 포함할 수 있다.Adding magnesium in the range of 3.0 wt% to 6.0 wt% to the aluminum melt; And adding a ceramic hollow material to the aluminum alloy molten metal in which the vortex is formed while forming a vortex in the aluminum alloy molten metal using a stirrer.

상기 알루미늄 합금 폼의 제조방법에 있어서, 상기 와류를 형성하는 단계는, 상기 교반기를 500 rpm 내지 1200 rpm의 범위의 회전속도로 회전시켜 상기 알루미늄 합금 용탕을 교반하는 단계를 포함할 수 있다.In the method of manufacturing the aluminum alloy foam, the step of forming the vortex may include agitating the aluminum alloy molten metal by rotating the stirrer at a rotation speed in the range of 500 rpm to 1200 rpm.

상기 알루미늄 합금 폼의 제조방법에 있어서, 상기 알루미늄 합금 용탕을 교반하는 단계는, 상기 알루미늄 합금 용탕의 온도가 750 ℃ 내지 850 ℃의 범위에서 수행되는 단계를 포함할 수 있다.In the method of manufacturing the aluminum alloy foam, the step of stirring the aluminum alloy molten metal may include a step in which the temperature of the aluminum alloy molten metal is performed in the range of 750 °C to 850 °C.

상기 알루미늄 합금 폼의 제조방법에 있어서, 상기 세라믹 중공 소재를 첨가하는 단계 이전에, 상기 세라믹 중공 소재를 100 ℃ 내지 150 ℃의 온도 범위로 예열하는 단계를 포함할 수 있다.In the method of manufacturing the aluminum alloy foam, before the step of adding the ceramic hollow material, the method may include preheating the ceramic hollow material to a temperature range of 100°C to 150°C.

상기 알루미늄 합금 폼의 제조방법에 있어서, 상기 세라믹 중공 소재의 함량은 20 Vol.% 내지 50 Vol.%일 수 있다.In the method of manufacturing the aluminum alloy foam, the content of the ceramic hollow material may be 20 Vol.% to 50 Vol.%.

상기 알루미늄 합금 폼의 제조방법에 있어서, 상기 세라믹 중공 소재는 125 ㎛ 내지 500 ㎛의 입도 범위를 가질 수 있다.In the method of manufacturing the aluminum alloy foam, the ceramic hollow material may have a particle size range of 125 μm to 500 μm.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 실시예에 따르면, 교반주조법을 사용함으로써 종래의 분말야금법에 비하여 제조공정 비용을 획기적으로 낮출 수 있는 알루미늄 합금 폼을 제공한다.According to the embodiment of the present invention made as described above, by using the stirring casting method to provide an aluminum alloy foam that can significantly lower the manufacturing process cost compared to the conventional powder metallurgy method.

또한, 본 발명의 알루미늄 합금 폼은 폐기물로 처리되던 석탄회 중 일부 경량 미립자인 세노스피어를 이용함으로써 자원 재활용 효과와 제조공정 비용 감소의 효과가 현저하다. 또, 종래의 발포주조법과 비교할 때 증점제와 발포제를 첨가하지 않기 때문에 제조 비용 감소효과가 현저하며, 용탕 가압함침법에 대비 제조공정이 단순하고 주조시 가압 공정을 포함하지 않으므로 제조비용 감소효과가 우수한 알루미늄 합금 폼의 제조방법을 제공할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.In addition, the aluminum alloy foam of the present invention has a remarkable effect of resource recycling effect and reduction in manufacturing process cost by using cenosphere, which is some light-weight fine particles of coal ash treated as waste. In addition, compared to the conventional foam casting method, since a thickener and a foaming agent are not added, the manufacturing cost reduction effect is remarkable. Compared to the molten metal pressure impregnation method, the manufacturing process is simple and the manufacturing cost reduction effect is excellent because it does not include the pressing process during casting. It can provide a method of manufacturing an aluminum alloy foam. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 합금 폼 샘플의 제조방법을 순서대로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실험예에 따른 세라믹 중공 소재의 미세구조를 주사전자현미경으로 분석한 사진이다.
도 3은 본 발명의 실험예에 따른 알루미늄 합금 폼 샘플의 미세구조를 광학현미경으로 분석한 사진이다.
도 4는 본 발명의 실험예에 따른 알루미늄 합금 폼 샘플의 미세구조를 주사전자현미경으로 분석한 사진이다.
도 5는 본 발명의 실험예에 따른 알루미늄 합금 폼 샘플의 분산도를 비교분석한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실험예에 따른 알루미늄 합금 폼 샘플의 계면 미세구조를 주사전자현미경 및 에너지분산분광법을 이용하여 분석한 사진이다.
도 7은 본 발명의 실험예에 따른 알루미늄 합금 폼 샘플을 마이크로 CT(micro-computed tomography)로 분석한 사진이다.
1 is a view sequentially showing a method of manufacturing an aluminum alloy foam sample according to an embodiment of the present invention.
2 is a photograph of a microstructure of a ceramic hollow material according to an experimental example of the present invention analyzed with a scanning electron microscope.
Figure 3 is a photo analysis of the microstructure of the aluminum alloy foam sample according to the experimental example of the present invention with an optical microscope.
4 is a photograph of the microstructure of an aluminum alloy foam sample according to an experimental example of the present invention analyzed by a scanning electron microscope.
5 is a graph comparatively analyzing the dispersion degree of the aluminum alloy foam sample according to the experimental example of the present invention.
6 is a photograph of an interface microstructure of an aluminum alloy foam sample according to an experimental example of the present invention analyzed using a scanning electron microscope and energy dispersive spectroscopy.
7 is a photograph of an aluminum alloy foam sample according to an experimental example of the present invention analyzed by micro-CT (micro-computed tomography).

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art, and the following embodiments may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is as follows. It is not limited to the Examples. Rather, these embodiments are provided to make the present disclosure more faithful and complete, and to fully convey the spirit of the present invention to those skilled in the art.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 합금 폼 샘플의 제조방법을 순서대로 도시한 도면이다.1 is a view sequentially showing a method of manufacturing an aluminum alloy foam sample according to an embodiment of the present invention.

먼저, 도 1의 (a)를 참조하면, 용해로(70)에 알루미늄을 장입하고 용해하여 알루미늄 용탕(10)을 준비한다. 이후 도 1의 (b)와 같이, 준비된 알루미늄 용탕(10)에 마그네슘(20)을 첨가하여 마그네슘을 함유하는 알루미늄 합금 용탕(10)을 제조한다. First, referring to (a) of FIG. 1, aluminum is charged and dissolved in the melting furnace 70 to prepare an aluminum molten metal 10. Thereafter, as shown in (b) of FIG. 1, magnesium 20 is added to the prepared aluminum molten metal 10 to prepare an aluminum alloy molten metal 10 containing magnesium.

도 1의 (c)와 같이, 교반기(80)를 회전시켜 마그네슘이 함유된 알루미늄 합금 용탕(10)에 와류(vortex)를 형성하고, 상기 와류가 형성된 마그네슘이 함유된 알루미늄 합금 용탕(10)에 세라믹 중공 소재(30)를 첨가한다. As shown in (c) of FIG. 1, the stirrer 80 is rotated to form a vortex in the aluminum alloy molten metal 10 containing magnesium, and to the aluminum alloy molten metal 10 containing magnesium formed with the vortex. The ceramic hollow material 30 is added.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 교반기(80)을 이용하여 알루미늄 합금 용탕(10)에 와류를 형성하면서, 용탕(80)에 와류에 세라믹 중공 소재(30)를 투입함으로써, 교반 중에 알루미늄 합금 용탕(10)과 세라믹 중공 소재(30)간의 활발한 반응을 유도한다. According to an embodiment of the present invention, while forming a vortex in the aluminum alloy molten metal 10 by using the stirrer 80, by introducing the ceramic hollow material 30 to the vortex in the molten metal 80, the aluminum alloy molten metal during stirring (10) and induces an active reaction between the ceramic hollow material (30).

이러한 교반을 거친 후 주조된 알루미늄 합금 폼은 알루미늄 합금 기지와 세라믹 중공 소재간의 우수한 결합력을 보이며. 이러한 결합력은 알루미늄 합금 기지와 세라믹 중공 소재가 접하는 계면에 결합력을 향상시키는 마그네슘-알루미늄 복합산화물 반응층이 형성되었기 때문으로 판단된다. 이에 대한 자세한 내용은 후술하기로 한다. After this stirring, the cast aluminum alloy foam shows excellent bonding strength between the aluminum alloy base and the ceramic hollow material. This bonding strength is judged to be due to the formation of a magnesium-aluminum composite oxide reaction layer that improves the bonding strength at the interface between the aluminum alloy base and the ceramic hollow material. Details of this will be described later.

여기서, 상기 와류를 형성하는 단계는, 교반기(80)를 500 rpm 내지 1200 rpm의 범위의 회전속도로 회전시켜 알루미늄 합금 용탕(10)을 교반할 수 있다. 이 때, 알루미늄 합금 용탕(10)의 온도가 750 ℃ 내지 850 ℃의 범위에서 수행된다. 또, 세라믹 중공 소재(30)를 첨가기 전에 세라믹 중공 소재(30)를 100 ℃ 내지 150 ℃의 온도 범위로 예열한 후 알루미늄 합금 용탕(10)에 첨가한다.Here, in the step of forming the vortex, the aluminum alloy molten metal 10 may be stirred by rotating the stirrer 80 at a rotation speed in the range of 500 rpm to 1200 rpm. At this time, the temperature of the aluminum alloy molten metal 10 is performed in the range of 750 ℃ to 850 ℃. Further, before adding the ceramic hollow material 30, the ceramic hollow material 30 is preheated to a temperature range of 100°C to 150°C and then added to the aluminum alloy molten metal 10.

도 1의 (d)에 도시된 바와 같이, 마그네슘이 함유된 알루미늄 합금 용탕(10) 내에 세라믹 중공 소재(30)가 균일하게 분산된 것을 몰드(90)에 장입하고 냉각시킨다. 이후에 도 1의 (e)에 도시된 것과 같이, 몰드(90)를 제거하면 본 발명의 실시예에 의한 알루미늄 합금 폼(100)이 제조된다.As shown in Fig. 1 (d), the ceramic hollow material 30 is uniformly dispersed in the aluminum alloy molten metal 10 containing magnesium, and charged into the mold 90 and cooled. Thereafter, as shown in FIG. 1(e), when the mold 90 is removed, an aluminum alloy foam 100 according to an embodiment of the present invention is manufactured.

도 1의 (e)에 의하면, 본 발명의 실시예에 의한 알루미늄 합금 폼(100)은 마그네슘을 함유하는 알루미늄 합금 기지(15), 알루미늄 합금 기지(15) 내에 분산된 세라믹 중공 소재(30)를 포함한다. 이때 알루미늄 합금 기지(15) 및 세라믹 중공 소재(30)가 서로 접하는 계면에는 반응층(40)이 형성된다. 여기서, 알루미늄 합금(15) 내에 첨가되는 마그네슘의 함량은 3.0 wt% 내지 6.0 wt% 일 수 있으며, 세라믹 중공 소재(30)의 함량은 20 Vol.% 내지 50 Vol.% 일 수 있다. 또한, 알루미늄 합금 내에 포함되는 실리콘의 함량은 1.0 wt% 미만일 수 있다. According to (e) of FIG. 1, the aluminum alloy foam 100 according to the embodiment of the present invention includes an aluminum alloy base 15 containing magnesium and a ceramic hollow material 30 dispersed in the aluminum alloy base 15. Includes. At this time, the reaction layer 40 is formed at the interface between the aluminum alloy base 15 and the ceramic hollow material 30. Here, the content of magnesium added in the aluminum alloy 15 may be 3.0 wt% to 6.0 wt%, and the content of the ceramic hollow material 30 may be 20 Vol.% to 50 Vol.%. In addition, the content of silicon contained in the aluminum alloy may be less than 1.0 wt%.

세라믹 중공 소재(30)는, 예를 들어, 화력발전소에서 대량으로 발생되어 폐기물로 처리되던 석탄회 중 경량 미립자인 세노스피어(Cenosphere)를 포함할 수 있다. 이 경우, 자원 재활용 효과가 뛰어나, 제조공정 비용의 감소 효과를 얻을 수 있다. 세라믹 중공 소재(30)는 예를 들어, 125 ㎛ 내지 500 ㎛의 입도 범위를 가질 수 있다.The ceramic hollow material 30 may include, for example, a light-weight fine particle senosphere (Cenosphere) among coal ashes generated in large quantities at a thermal power plant and treated as waste. In this case, the resource recycling effect is excellent, and a reduction effect of manufacturing process cost can be obtained. The ceramic hollow material 30 may have a particle size range of 125 μm to 500 μm, for example.

또한, 알루미늄 합금(15) 내에 분산된 세라믹 중공 소재(30)의 분산균일도는 하기 수학식 1로 정의되는 분산균일도(%)가 82% 내지 96%를 만족한다. 여기서, 상술한 분산균일도는 도 5의 분산도를 토대로 하기 수학식 1로 산출된 결과이다.In addition, the dispersion uniformity of the ceramic hollow material 30 dispersed in the aluminum alloy 15 satisfies 82% to 96% of the dispersion uniformity (%) defined by Equation 1 below. Here, the above-described dispersion uniformity is a result calculated by Equation 1 below based on the dispersion degree of FIG. 5.

[수학식 1][Equation 1]

분산균일도(%)={1-(세라믹 중공 소재의 분율에 대한 표준편차/세라믹 중공 소재의 평균 분율)}×100Dispersion uniformity (%)={1-(standard deviation from the ratio of ceramic hollow material/average fraction of ceramic hollow material)}×100

한편, 알루미늄 합금(15) 내에 분산된 세라믹 중공 소재(30) 및 알루미늄 합금(15) 및 세라믹 중공 소재(30)가 서로 접하는 계면에 형성된 반응층(40)에 의해서 결합력을 향상시킨다. 반응층(40)은 예를 들어, 알루민산마그네슘(MgAl2O4) 이차상을 포함한다.On the other hand, the bonding strength is improved by the reaction layer 40 formed at the interface in which the ceramic hollow material 30 and the aluminum alloy 15 and the ceramic hollow material 30 dispersed in the aluminum alloy 15 contact each other. The reaction layer 40 includes, for example, a magnesium aluminate (MgAl 2 O 4 ) secondary phase.

본 발명에서 반응층(40)의 형성은 매우 중요한 요소인데, 상술한 세노스피어를 세라믹 중공 소재(30)로 사용할 경우, 알루미늄 합금 기지와 세노스피어와의 결합력이 형성되려면 마그네슘의 첨가량이 중요하다. 만약, 마그네슘을 첨가하지 않는다면, 알루미늄 합금은 세노스피어와 반응이 일어나지 않으므로 계면 접합력이 현저히 떨어지게 되어 세노스피어가 알루미늄 합금 내부로 균일하게 분산되지 않는다. In the present invention, the formation of the reaction layer 40 is a very important factor. When the above-mentioned senosphere is used as the ceramic hollow material 30, the amount of magnesium added is important in order to form a bonding force between the aluminum alloy base and the cenosphere. If magnesium is not added, since the aluminum alloy does not react with the cenosphere, the interfacial bonding force is remarkably reduced, and the cenosphere is not uniformly dispersed inside the aluminum alloy.

한편, 마그네슘을 첨가한 알루미늄 합금 용탕(10)과 세노스피어는 교반 중에 화학반응이 일어난다. 세노스피어는 SiO2 및 Al2O3의 화합물 또는 복합 산화물로서 마그네슘을 함유한 알루미늄 용탕(10)과 하기 화학식 (1) 내지 (3)과 같은 반응이 일어난다. On the other hand, the aluminum alloy molten metal 10 to which magnesium is added and the cenosphere undergo a chemical reaction during stirring. Senosphere is a compound of SiO 2 and Al 2 O 3 or a complex oxide, and the reaction of aluminum molten metal (10) containing magnesium with the following formulas (1) to (3) occurs.

화학식 (1) : 2Al(l)+Mg(l)+2SiO2(s) → 2MgAl2O4(S)+2Si(S)Formula (1): 2Al(l)+Mg(l)+2SiO 2 (s) → 2MgAl 2 O 4 (S)+2Si(S)

화학식 (2) : Mg(l)+4/3Al2O3(s) → MgAl2O4(s)+2/3Al(l)Formula (2): Mg(l)+4/3Al 2 O 3 (s) → MgAl 2 O 4 (s)+2/3Al(l)

화학식 (3) : 3Mg(l)+Al2O3 → 3MgO(s)+2Al(l)Formula (3): 3Mg(l)+Al 2 O 3 → 3MgO(s)+2Al(l)

상기 화학식 (1) 내지 (3)과 같은 화학반응이 일어남으로써, 알루미늄 합금 기지와 세노스피어와의 결합력이 증가한다. 여기서, 알루미늄 합금에서 마그네슘의 함량이 증가할수록 용탕 내에서의 마그네슘의 활동도가 증가하므로 세노스피어와의 반응성을 증가시키기 위해서는 알루미늄 합금에서의 마그네슘의 함량을 증가시키는 것이 유리하다. As the chemical reactions such as the above formulas (1) to (3) occur, the bonding force between the aluminum alloy matrix and cenosphere increases. Here, since the activity of magnesium in the molten metal increases as the content of magnesium in the aluminum alloy increases, it is advantageous to increase the content of magnesium in the aluminum alloy to increase reactivity with cenosphere.

그러나 일정량 이상의 마그네슘을 첨가하면 알루미늄 합금 용탕 내에서 마그네슘의 산화반응이 증가하고 세노스피어와의 반응성 또한 급격히 증가한다. 그러므로 본 발명에서는 알루미늄 합금(15) 내에 첨가되는 마그네슘의 함량은 3.0 wt% 내지 6.0 wt%로 제어한다. 만약, 마그네슘 함량이 3 wt% 미만일 때는 세라믹 중공 소재(30)와의 반응성이 부족하게 되어 세라믹 중공 소재(30)가 알루미늄 합금 기지 내에 균일하게 분산되기 어렵다. 반면, 마그네슘 함량이 6 wt% 초과일 때에는 알루미늄 합금 용탕의 산화도 증가 및 세라믹 중공 소재(30)와 과도한 반응성이 일어난다.However, if more than a certain amount of magnesium is added, the oxidation reaction of magnesium in the molten aluminum alloy increases, and the reactivity with cenosphere increases rapidly. Therefore, in the present invention, the content of magnesium added in the aluminum alloy 15 is controlled to 3.0 wt% to 6.0 wt%. If, when the magnesium content is less than 3 wt%, the reactivity with the ceramic hollow material 30 is insufficient, so that the ceramic hollow material 30 is difficult to be uniformly dispersed in the aluminum alloy matrix. On the other hand, when the magnesium content is more than 6 wt%, the oxidation degree of the aluminum alloy molten metal increases and excessive reactivity with the ceramic hollow material 30 occurs.

또한, 알루미늄 합금 용탕(10) 내에서 실리콘은 마그네슘과 하기 화학식 (4)와 같은 화학반응이 일어나 마그네슘실리사이드(Mg2Si) 이차상이 알루미늄 합금 기지 내에 정출된다. In addition, in the aluminum alloy molten metal 10, silicon undergoes a chemical reaction as shown in the following formula (4) with magnesium, and a magnesium silicide (Mg 2 Si) secondary phase is precipitated in the aluminum alloy matrix.

화학식 (4) : 2Mg(l)+Si(l) → Mg2Si(s)Formula (4): 2Mg(l)+Si(l) → Mg 2 Si(s)

만약, 알루미늄 합금 기지 내 실리콘의 첨가량이 증가한다면, 기지 내 마그네슘의 함량이 감소함으로 화학식 (1) 내지 (3)과 같은 화학반응을 저해한다. 따라서, 실리콘을 첨가하지 않거나, 첨가하더라도 함량을 1.0 wt% 미만의 범위로 한정하여 알루미늄 합금 용탕과 세노스피어의 화학반응을 우선적으로 유도하여 알루미늄 합금 폼만의 고유한 특성이 충분히 나타날 수 있도록 한다. If the addition amount of silicon in the aluminum alloy matrix increases, the content of magnesium in the matrix decreases, thereby inhibiting chemical reactions such as formulas (1) to (3). Therefore, even if silicon is not added or added, the content is limited to a range of less than 1.0 wt% to induce the chemical reaction of the molten aluminum alloy and cenosphere preferentially so that the unique properties of the aluminum alloy foam can be sufficiently exhibited.

한편, 알루미늄 합금 용탕(10)을 강하게 교반하여 와류를 생성시킴으로써 세라믹 중공 소재(30)가 알루미늄 합금 용탕(10) 내부로 침투시킬 수 있게 된다. 이 때, 알루미늄 합금 용탕(10)의 교반속도가 일정 이하일 경우, 세라믹 중공 소재(30)의 낮은 밀도로 인하여 알루미늄 합금 용탕(10) 내부로 침투하지 못한다. 반면에, 알루미늄 합금 용탕(10)의 교반속도가 일정 이상일 경우 알루미늄 합금 용탕(10)이 원심력에 의하여 외부로 흘러내리는 현상이 발생한다. 따라서, 적절한 교반기(80)의 회전속도는 500 rpm 내지 1200 rpm이 되는 것이 바람직하다. 여기서, 교반기(80)의 형상은 알루미늄 합금 용탕(10)의 와류 형성과 세라믹 중공 소재(30)의 균일 분산을 위하여 다양한 형태를 가질 수 있다.Meanwhile, the ceramic hollow material 30 can penetrate into the aluminum alloy molten metal 10 by vigorously stirring the aluminum alloy molten metal 10 to generate a vortex. At this time, if the stirring speed of the aluminum alloy molten metal 10 is below a certain level, it does not penetrate into the aluminum alloy molten metal 10 due to the low density of the ceramic hollow material 30. On the other hand, when the stirring speed of the aluminum alloy molten metal 10 is higher than a certain level, a phenomenon in which the aluminum alloy molten metal 10 flows out by centrifugal force occurs. Therefore, the rotational speed of the appropriate stirrer 80 is preferably 500 rpm to 1200 rpm. Here, the shape of the stirrer 80 may have various shapes for vortex formation of the aluminum alloy molten metal 10 and uniform dispersion of the ceramic hollow material 30.

또한, 알루미늄 합금 용탕(10)의 교반시 알루미늄 합금 용탕(10)의 온도는 750 ℃ 내지 850 ℃가 되는 것이 바람직하다. 만약, 750 ℃ 미만이 되면 알루미늄 합금 용탕(10)과 세라믹 중공 소재(30)와의 반응성이 떨어져서 균일한 분산이 이루어지지 않을 뿐만 아니라 알루미늄 합금 용탕(10)의 점도가 증가하여 교반이 용이하지 않게 된다. 반면에, 850 ℃ 초과시에는 알루미늄 합금 용탕(10)과 세라믹 중공 소재(30)의 과도한 반응으로 인하여 반응생성물이 불필요하게 많이 생성되고 알루미늄 합금 용탕(10) 내부의 마그네슘의 산화가 심해지게 된다.In addition, when the aluminum alloy molten metal 10 is stirred, the temperature of the aluminum alloy molten metal 10 is preferably 750°C to 850°C. If the temperature is less than 750°C, the reactivity between the aluminum alloy molten metal 10 and the ceramic hollow material 30 is reduced, and uniform dispersion is not achieved, and the viscosity of the aluminum alloy molten metal 10 is increased, so that stirring is not easy. . On the other hand, when the temperature exceeds 850°C, excessive reaction between the aluminum alloy molten metal 10 and the ceramic hollow material 30 causes unnecessary generation of reaction products, and the oxidation of magnesium inside the aluminum alloy molten metal 10 becomes severe.

또한, 알루미늄 합금 용탕(10)의 교반시간은 알루미늄 합금 용탕과 세라믹 중공 소재와의 반응과 분산균일도에 영향을 미친다. 알루미늄 합금과 용탕과 세라믹 중공 소재와의 반응을 유도하고 균일분산이 이루어지기 위해서는 일정 시간 이상의 용탕 교반시간을 필요로 한다. 반면 알루미늄 합금 용탕(10)의 교반시간이 증가하면 반응물의 과도한 생성으로 인하여 용탕의 유동도가 급격히 감소하여 바람직하지 않다. 따라서 본 발명에서는 알루미늄 합금 용탕(10)의 교반시간을 1분 이상 5분 이내로 한정한다.In addition, the stirring time of the aluminum alloy molten metal 10 affects the reaction and dispersion uniformity of the aluminum alloy molten metal and the ceramic hollow material. In order to induce the reaction between the aluminum alloy and the molten metal and the hollow ceramic material, and uniform dispersion is required, a molten metal stirring time of at least a certain time is required. On the other hand, when the stirring time of the aluminum alloy molten metal 10 is increased, the flow rate of the molten metal is rapidly decreased due to excessive generation of reactants, which is undesirable. Therefore, in the present invention, the stirring time of the molten aluminum alloy 10 is limited to 1 minute or more and 5 minutes or less.

한편, 세라믹 중공 소재(30)는 알루미늄 합금 용탕(10)에 주입시 용탕 온도의 급격한 저하를 방지하기 위하여, 알루미늄 합금 용탕(10)에 주입하기 이전에 100 ℃ 내지 150 ℃ 온도에서 예열함으로써 세라믹 중공 소재(30)의 수분을 제거한 후 첨가한다.Meanwhile, the ceramic hollow material 30 is ceramic hollow by preheating at a temperature of 100° C. to 150° C. before injecting it into the aluminum alloy molten metal 10 in order to prevent a sudden drop in the molten metal temperature when injecting it into the aluminum alloy molten metal 10. After removing the moisture of the material 30, it is added.

세라믹 중공 소재(30)는 125 ㎛ 내지 500 ㎛의 입도 범위를 갖는다. 이는 세라믹 중공 소재(30)의 입도가 감소하게 되면 세라믹 중공 소재(30) 입자의 표면적이 증가하게 되고, 이를 알루미늄 합금 용탕(10)에 주입시 용탕과 접촉되는 면적의 증가로 인하여 용탕 온도의 저하를 촉진하고 알루미늄 합금 용탕과 세라믹 중공 소재 간의 표면장력의 영향이 현저하게 된다. 따라서, 세라믹 중공 소재(30)의 입도가 125 ㎛ 미만이 되는 경우 용탕 온도의 저하와 표면장력의 영향으로 인하여 알루미늄 합금 용탕(10) 내에 세라믹 중공 소재(30)가 균일분산이 되지 않는다. The ceramic hollow material 30 has a particle size range of 125 μm to 500 μm. This increases the surface area of the particles of the ceramic hollow material 30 when the particle size of the ceramic hollow material 30 decreases, and when it is injected into the aluminum alloy molten metal 10, the molten metal temperature decreases due to an increase in the area in contact with the molten metal. And the effect of surface tension between the aluminum alloy molten metal and the hollow ceramic material becomes remarkable. Therefore, when the particle size of the ceramic hollow material 30 is less than 125 μm, the ceramic hollow material 30 is not uniformly dispersed in the aluminum alloy molten metal 10 due to a decrease in molten metal temperature and the influence of surface tension.

한편, 세라믹 중공 소재(30)의 입도가 500 ㎛를 초과하면 입도가 500 ㎛ 미만인 경우보다 세라믹 중공 소재 내부의 불활성 기체에 의한 부력의 영향이 현저하므로 알루미늄 합금 용탕 내부로 침투시켜 교반이 용이하지 않게 된다.On the other hand, if the particle size of the ceramic hollow material 30 exceeds 500 μm, the effect of buoyancy due to the inert gas inside the ceramic hollow material is more pronounced than if the particle size is less than 500 μm, so that it is not easily stirred by penetrating into the aluminum alloy molten metal. do.

또한, 본 발명에서는 세라믹 중공 소재(30)의 함량이 20 Vol.% 내지 50 Vol.%를 첨가한다. 만약, 세라믹 중공 소재(30)의 함량이 20 Vol.% 미만일 경우, 알루미늄 합금 폼만의 고유한 특성을 충분히 나타내기 어렵게 된다. 반면에, 50 Vol.% 초과할 경우, 알루미늄 합금 용탕(10) 내부로 완전히 침투하지 못한 세라믹 중공 소재(30) 분말이 용탕의 상부로 떠오르게 될 뿐만 아니라 용탕의 유동도가 급격히 감소하여 주조가 불가능하게 된다. In addition, in the present invention, the content of the ceramic hollow material 30 is added to 20 Vol.% to 50 Vol.%. If the content of the ceramic hollow material 30 is less than 20 Vol.%, it is difficult to sufficiently exhibit the unique properties of the aluminum alloy foam. On the other hand, when it exceeds 50 Vol.%, the aluminum alloy molten metal 10, the ceramic hollow material 30 that has not completely penetrated into the top of the molten metal as well as the molten metal flow rate is rapidly reduced, so casting is impossible Is done.

본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 합금 폼(100)은 알루미늄 합금(15) 내에 고르게 분산된 세라믹 중공 소재(30)를 포함하며, 우수한 에너지흡수능 및 기계적 성질을 갖게 되며 자동차 충돌부재, 건축물의 방음소재 및 방탄판 등에 사용될 수 있다. The aluminum alloy foam 100 according to the embodiment of the present invention includes the ceramic hollow material 30 evenly dispersed in the aluminum alloy 15, has excellent energy absorption capacity and mechanical properties, and is a vehicle collision member, soundproof material for buildings And bulletproof plates.

이하에서는, 본 발명의 이해를 돕기 위한 실시예들을 설명한다. 다만, 하기의 실험예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 아래의 실시예들만으로 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, embodiments will be described to help understanding of the present invention. However, the following experimental examples are only to help understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

<실시예><Example>

본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 합금 폼의 제조방법을 이용하여 알루미늄 합금 폼 샘플을 제조하였다. 상기 실시예 알루미늄 합금 폼 샘플의 제조조건 및 분산여부, 분산균일도는 하기 표 1에 정리하였다.An aluminum alloy foam sample was prepared using the method of manufacturing an aluminum alloy foam according to an embodiment of the present invention. Preparation conditions and dispersion of the aluminum alloy foam sample of the above Example, and dispersion uniformity are summarized in Table 1 below.

실시예Example Mg함량
(Wt. %)
Mg content
(Wt. %)
Si
함량
(Wt. %)
Si
content
(Wt. %)
세노스피어
종류
Senosphere
Kinds
세노스피어
주입
함량
(Vol. %)
Senosphere
Injection
content
(Vol. %)
세노스피어
평균
입도
(μm)
Senosphere
Average
Granularity
(μm)
Aspect ratio
(쉘
직경
:쉘
두께)
Aspect ratio
(Shell
diameter
:Shell
thickness)
세노스피어
예열
온도
(℃)
Senosphere
Preheat
Temperature
(℃)
교반온도
(℃)
Stirring temperature
(℃)
용탕온도
(℃)
Melt temperature
(℃)
출탕온도
(℃)
Water temperature
(℃)
분산
여부
(O/△/X)
Dispersion
Whether
(O/△/X)
분산
균일도
(%)
Dispersion
Uniformity
(%)
1One 33 <1<1 C1C1 3030 475475 28:128:1 100 - 180100-180 750 - 850750-850 750 - 800750-800 >800>800 OO 9696 22 33 <1<1 C2C2 3030 136136 25:125:1 100 - 180100-180 750 - 850750-850 750 - 800750-800 >800>800 OO 8383 33 33 <1<1 C2C2 4040 136136 25:125:1 100 - 180100-180 750 - 850750-850 750 - 800750-800 >800>800 OO 8282 44 33 <1<1 C2C2 5050 136136 25:125:1 100 - 180100-180 750 - 850750-850 750 - 800750-800 >800>800 OO 8585 55 4.54.5 <1<1 C2C2 3030 136136 25:125:1 100 - 180100-180 750 - 850750-850 750 - 800750-800 >800>800 OO 8888

한편, 이와 비교하기 위한 비교예로서, 마그네슘의 함량, 세노스피어의 종류, 교반 여부 등에 따른 분산 정도와 분산균일도를 하기 표 2에 정리하였다.On the other hand, as a comparative example for comparison, the degree of dispersion and uniformity of dispersion according to the content of magnesium, the type of cenosphere, and whether or not stirring is summarized in Table 2 below.

비교예Comparative example Mg
함량
(Wt. %)
Mg
content
(Wt. %)
Si
함량
(Wt. %)
Si
content
(Wt. %)
세노스피어
종류
Senosphere
Kinds
세노스피어
주입 함량
(Vol. %)
Senosphere
Infusion content
(Vol. %)
세노스피어
평균 입도
(μm)
Senosphere
Average particle size
(μm)
Aspect ratio
(쉘
직경
:쉘
두께)
Aspect ratio
(Shell
diameter
:Shell
thickness)
세노스피어
예열
온도
(℃)
Senosphere
Preheat
Temperature
(℃)
교반
온도
(℃)
Stirring
Temperature
(℃)
용탕
온도
(℃)
Molten metal
Temperature
(℃)
출탕온도
(℃)
Water temperature
(℃)
분산
여부
(O/△/X)
Dispersion
Whether
(O/△/X)
분산
균일도
(%)
Dispersion
Uniformity
(%)
1One 00 00 C2C2 3030 136136 25:125:1 100 - 200100-200 -- 750750 800800 XX 00 22 00 1010 C2C2 3030 136136 25:125:1 100 - 200100-200 750 - 850750-850 750750 800800 XX 00 33 0.50.5 <1<1 C2C2 3030 136136 25:125:1 100 - 200100-200 750 - 850750-850 750750 800800 XX 00 44 1One <1<1 C3C3 5050 117117 31:131:1 100 - 200100-200 750 - 850750-850 750750 800800 XX 00 55 2.52.5 <1<1 C3C3 5050 117117 31:131:1 100 - 200100-200 750 - 850750-850 750750 800800 XX 00 66 33 <1<1 C3C3 3030 117117 31:131:1 100 - 200100-200 750 - 850750-850 750750 800800 XX 00 77 33 <1<1 C1C1 1515 475475 28:128:1 100 - 180100-180 750 - 850750-850 750 - 800750-800 <800<800 1313 88 33 <1<1 C2C2 1515 136136 25:125:1 100 - 180100-180 750 - 850750-850 750 - 800750-800 >800>800 1212 99 33 <1<1 C3C3 1515 117117 31:131:1 100 - 180100-180 750 - 850750-850 750 - 800750-800 >800>800 XX 00 1010 33 <1<1 C1C1 5050 475475 28:128:1 100 - 180100-180 750 - 850750-850 750750 800800 XX 00 1111 55 <1<1 C2C2 3030 136136 25:125:1 100 - 180100-180 750 - 850750-850 750750 800800 XX 00 1212 77 <1<1 C3C3 5050 117117 31:131:1 100 - 200100-200 750 - 850750-850 750750 800800 XX 00

도 2에 의하면, 본 발명의 실험예에 사용된 세라믹 중공 소재인 세노스피어의 종류별로 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 표면 미세구조를 분석한 것이다. 세노스피어의 종류에 따른 입자의 크기를 측정하였으며, 하기 표 3에 정리하였다.According to FIG. 2, the surface microstructure is analyzed using a scanning electron microscope (SEM) for each type of cenosphere, which is a ceramic hollow material used in the experimental example of the present invention. The particle size according to the type of cenosphere was measured, and is summarized in Table 3 below.

SampleSample Average particle size
(μm)
Average particle size
(μm)
Measured particle size
(μm)
Measured particle size
(μm)
C1C1 450450 475475 C2C2 180180 136136 C3C3 100100 117117

도 3은 본 발명의 실험예에 따른 알루미늄 합금 폼 샘플의 미세구조를 광학현미경으로 분석한 사진이다.Figure 3 is a photo analysis of the microstructure of the aluminum alloy foam sample according to the experimental example of the present invention with an optical microscope.

도 3의 (a)는 본 발명의 실시예 2 샘플이고, 도 3의 (b)는 비교예 3 샘플의 미세구조를 광학현미경으로 분석한 결과이다. 실시예 2 샘플의 경우, 세노스피어가 알루미늄 합금 기지 내에 고르게 분산된 것을 확인할 수 있었다. 반면, 비교예 3 샘플의 경우, 알루미늄 합금 기지의 어느 특정 부위에만 세노스피어가 배열되어 분산되지 않은 것을 확인할 수 있었다. 이는 동일한 세노스피어일 경우, 공정 조건이 동일하더라도 마그네슘의 함량에 따라서 분산 정도가 달라지는 것을 알 수 있으며, 세노스피어를 균일하게 분산시키기 위해서 적정량의 마그네슘이 필요한 것을 확인시켜준 결과이다.Figure 3 (a) is a sample of Example 2 of the present invention, Figure 3 (b) is a result of analyzing the microstructure of the comparative example 3 sample with an optical microscope. In the case of the example 2 sample, it was confirmed that the cenosphere was evenly dispersed in the aluminum alloy matrix. On the other hand, in the case of the comparative example 3 sample, it was confirmed that the cenosphere was arranged only in a specific part of the aluminum alloy matrix and was not dispersed. This is a result of confirming that, in the case of the same cenosphere, the degree of dispersion varies depending on the content of magnesium even if the process conditions are the same, and an appropriate amount of magnesium is required to uniformly disperse the cenosphere.

도 4는 비교예 8 샘플의 미세구조를 위치별로 분석한 것으로서, 도 4의 (a)는 주조된 알루미늄 폼 내부(inside)의 미세구조이며, 도 4의 (b)는 외부(outside)의 미세구조이다.Figure 4 is a microstructure analysis of the sample of Comparative Example 8 by location, Figure 4 (a) is a cast aluminum foam inside (inside) microstructure, Figure 4 (b) is outside (outside) fine Structure.

비교예 8 샘플의 경우, 알루미늄 합금 폼의 외부 표면에 세노스피어가 일부 분산되었으나, 내부에는 세노스피어가 전혀 분산되지 않은 것을 확인할 수 있었다. 이는 도 3의 (a)에 도시된 실시예 2 샘플과 마그네슘의 함량은 동일하나, 세노스피어의 함량이 15 Vol.%로 낮기 때문에, 알루미늄 합금 폼의 고유한 특성을 나타내기 위해서는 적어도 이보다는 높아야 하는 것을 보여준다.In the case of the sample of Comparative Example 8, it was confirmed that some of the cenospheres were dispersed on the outer surface of the aluminum alloy foam, but no senospheres were dispersed therein. This is the same as the Example 2 sample shown in FIG. 3(a) and the magnesium content, but since the content of cenosphere is low at 15 Vol.%, it must be at least higher than this in order to exhibit the unique properties of the aluminum alloy foam. Shows that

도 5는 본 발명의 실시에 및 비교예에 따른 알루미늄 합금 폼 샘플의 분산도를 비교분석한 그래프이다.5 is a graph of comparative analysis of the dispersion degree of the aluminum alloy foam sample according to an embodiment of the present invention and a comparative example.

도 5의 (a)는 알루미늄 합금 폼 샘플들의 분산도를 비교하기 위해서 샘플 내 위치를 개략적으로 표시한 도면이고, 도 5의 (b)는 도 5의 (a)에 도시된 위치에서의 분산도를 샘플별로 비교분석한 그래프이다. 도 5는 폼의 위치별 세라믹 중공 소재의 분산도를 나타낸 결과이며, 상술한 분산균일도는 도 5의 분산도를 토대로 수학식 1로 산출된 결과이다.FIG. 5(a) is a view schematically showing the position in the sample to compare the dispersion of aluminum alloy foam samples, and FIG. 5(b) is the dispersion at the position shown in FIG. 5(a). Is a graph of comparative analysis by sample. 5 is a result showing the dispersion degree of the ceramic hollow material for each position of the foam, and the above-described dispersion uniformity is a result calculated by Equation 1 based on the dispersion degree of FIG. 5.

도 5의 (b)에 의하면, 본 발명의 실시예 1 샘플 내지 실시예 5 샘플의 경우, 정도의 차이는 있었으나, 비교예 7 샘플 및 비교예 8 샘플 대비 분산도가 높은 것을 보여준다. 비교예 7 샘플 및 비교예 8 샘플의 경우, 세노스피어의 함량이 15 Vol.%로 낮기 때문에, 다른 공정 조건이 같더라도 분산이 전체적으로 이루어지지 않은 것을 확인할 수 있었다. 반면, 실시예 1 샘플 내지 실시예 5 샘플의 경우, 세노스피어의 함량이 30 Vol.% 이상을 만족하고 있고, 알루미늄 합금의 내부에서의 분산균일도도 우수한 것으로 확인할 수 있었다.According to (b) of FIG. 5, in the case of the samples of Example 1 to Example 5 of the present invention, there was a difference in degree, but it shows that the dispersion degree is higher than that of the Comparative Example 7 sample and the Comparative Example 8 sample. In the case of the comparative example 7 sample and the comparative example 8 sample, since the content of cenosphere was low at 15 Vol.%, it was confirmed that dispersion was not entirely performed even if other process conditions were the same. On the other hand, in the case of the samples of Examples 1 to 5, it was confirmed that the content of cenosphere satisfies 30 Vol.% or more, and the dispersion uniformity in the aluminum alloy is also excellent.

도 6은 본 발명의 실험예에 따른 알루미늄 합금 폼 샘플의 계면 미세구조를 주사전자현미경 및 에너지분산분광법을 이용하여 분석한 사진이다.6 is a photograph of an interface microstructure of an aluminum alloy foam sample according to an experimental example of the present invention analyzed using a scanning electron microscope and energy dispersive spectroscopy.

도 6에 의하면, 실시예 2 샘플에서의 알루미늄 합금과 세노스피어가 서로 접하는 계면의 미세구조를 따라 라인 스캔(line scan)한 것으로서, 계면에 MgAl2O4 이차상이 형성된 것을 확인할 수 있었다. 이는 알루미늄 합금 기지와 세노스피어와의 결합력이 형성되려면 적정량의 마그네슘을 첨가해야하는 것을 보여주며, 마그네슘을 첨가한 알루미늄 합금 용탕과 세노스피어가 서로 교반 중에 화학반응이 일어나게 되어 상기 MgAl2O4 이차상이 형성된 것을 볼 수 있다.According to FIG. 6, it was confirmed that the MgAl 2 O 4 secondary phase was formed on the interface as a line scan along the microstructure of the interface in which the aluminum alloy and the cenosphere in the Example 2 sample contacted each other. This shows that the proper amount of magnesium must be added in order to form the binding force between the aluminum alloy base and the cenosphere, and the chemical reaction occurs while the aluminum alloy molten metal and the cenosphere to which magnesium is added are stirred while the MgAl 2 O 4 secondary phase is formed. You can see

도 7은 본 발명의 실험예에 따른 알루미늄 합금 폼 샘플을 마이크로 CT(micro-computed tomography)로 분석한 사진이다.7 is a photograph of an aluminum alloy foam sample according to an experimental example of the present invention analyzed by micro-CT (micro-computed tomography).

도 7에 의하면, 본 발명의 실시예 2 샘플을 마이크로 CT로 분석한 것으로서, 알루미늄 합금 외부 표면 뿐만 아니라, 내부에도 균일하게 세노스피어가 분산된 것을 보여준다.According to FIG. 7, the sample 2 of the present invention was analyzed by micro-CT, and shows that the cenosphere was uniformly dispersed not only on the outer surface but also on the aluminum alloy.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

10 : 알루미늄 합금 용탕
15 : 알루미늄 합금 기지
20 : 마그네슘 합금
30 : 세라믹 중공 소재
40 : 반응층
70 : 용해로
80 : 교반기
90 : 몰드
10: aluminum alloy molten metal
15: aluminum alloy base
20: magnesium alloy
30: ceramic hollow material
40: reaction layer
70: melting furnace
80: agitator
90: mold

Claims (11)

마그네슘을 함유하는 알루미늄 합금 기지; 및
상기 알루미늄 합금 기지 내에 분산된 세라믹 중공 소재;를 포함하며,
상기 마그네슘의 함량은 3.0 wt% 내지 6.0 wt% 의 범위을 가지고,
상기 알루미늄 합금 기지 및 상기 세라믹 중공 소재가 서로 접하는 계면에는 마그네슘-알루미늄 복합 산화물을 포함하는 반응층이 형성된,
알루미늄 합금 폼.
Aluminum alloy base containing magnesium; And
Includes; ceramic hollow material dispersed within the aluminum alloy base,
The content of magnesium has a range of 3.0 wt% to 6.0 wt%,
A reaction layer including a magnesium-aluminum composite oxide is formed at an interface where the aluminum alloy matrix and the ceramic hollow material contact each other,
Aluminum alloy foam.
제 1 항에 있어서,
상기 세라믹 중공 소재의 함량은 20 Vol.% 내지 50 Vol.% 인,
알루미늄 합금 폼.
According to claim 1,
The content of the ceramic hollow material is 20 Vol.% to 50 Vol.% phosphorus,
Aluminum alloy foam.
제 1 항에 있어서,
상기 알루미늄 합금 기지 내의 실리콘의 함량은 1.0 wt% 미만인,
알루미늄 합금 폼.
According to claim 1,
The content of silicon in the aluminum alloy matrix is less than 1.0 wt%,
Aluminum alloy foam.
제 1 항에 있어서,
상기 알루미늄 합금 기지 내에 분산된 상기 세라믹 중공 소재의 분산균일도는 하기 수학식 1로 정의되는 분산균일도(%)가 82% 내지 96%인,
알루미늄 합금 폼.
[수학식 1]
분산균일도(%)={1-(세라믹 중공 소재의 분율에 대한 표준편차/세라믹 중공 소재의 평균 분율)}×100
According to claim 1,
The dispersion uniformity of the ceramic hollow material dispersed in the aluminum alloy matrix is 82% to 96% dispersion uniformity (%) defined by Equation 1 below,
Aluminum alloy foam.
[Equation 1]
Dispersion uniformity (%)={1-(standard deviation from the ratio of ceramic hollow material/average fraction of ceramic hollow material)}×100
제 1 항에 있어서,
상기 세라믹 중공 소재는 125 ㎛ 내지 500 ㎛의 입도 범위를 갖는,
알루미늄 합금 폼.
According to claim 1,
The ceramic hollow material has a particle size range of 125 ㎛ to 500 ㎛,
Aluminum alloy foam.
알루미늄 용탕에 3.0 wt% 내지 6.0 wt% 범위의 마그네슘을 첨가하는 단계; 및
교반기를 이용하여 상기 알루미늄 합금 용탕에 와류(vortex)를 형성하면서 상기 와류가 형성된 상기 알루미늄 합금 용탕에 세라믹 중공 소재를 첨가하는 단계;
를 포함하는,
알루미늄 합금 폼의 제조방법.
Adding magnesium in the range of 3.0 wt% to 6.0 wt% to the aluminum melt; And
Adding a hollow ceramic material to the aluminum alloy molten metal in which the vortex is formed while forming a vortex in the aluminum alloy molten metal using a stirrer;
Containing,
Manufacturing method of aluminum alloy foam.
제 6 항에 있어서,
상기 와류를 형성하는 단계는,
상기 교반기를 500 rpm 내지 1200 rpm의 범위의 회전속도로 회전시켜 상기 알루미늄 합금 용탕을 교반하는 단계를 포함하는,
알루미늄 합금 폼의 제조방법.
The method of claim 6,
The step of forming the vortex,
Comprising the step of stirring the aluminum alloy molten metal by rotating the stirrer at a rotational speed in the range of 500 rpm to 1200 rpm,
Manufacturing method of aluminum alloy foam.
제 6 항에 있어서,
상기 알루미늄 합금 용탕을 교반하는 단계는,
상기 알루미늄 합금 용탕의 온도가 750 ℃ 내지 850 ℃의 범위에서 수행되는 단계를 포함하는,
알루미늄 합금 폼의 제조방법.
The method of claim 6,
The step of stirring the aluminum alloy molten metal,
Comprising the temperature of the aluminum alloy molten metal is carried out in the range of 750 ℃ to 850 ℃,
Manufacturing method of aluminum alloy foam.
제 6 항에 있어서,
상기 세라믹 중공 소재를 첨가하는 단계 이전에,
상기 세라믹 중공 소재를 100 ℃ 내지 150 ℃의 온도 범위로 예열하는 단계를 포함하는,
알루미늄 합금 폼의 제조방법.
The method of claim 6,
Before the step of adding the ceramic hollow material,
Preheating the ceramic hollow material to a temperature range of 100 ℃ to 150 ℃,
Manufacturing method of aluminum alloy foam.
제 6 항에 있어서,
상기 세라믹 중공 소재의 함량은 20 Vol.% 내지 50 Vol.% 인,
알루미늄 합금 폼의 제조방법.
The method of claim 6,
The content of the ceramic hollow material is 20 Vol.% to 50 Vol.% phosphorus,
Manufacturing method of aluminum alloy foam.
제 6 항에 있어서,
상기 세라믹 중공 소재는 125 ㎛ 내지 500 ㎛의 입도 범위를 갖는,
알루미늄 합금 폼의 제조방법.
The method of claim 6,
The ceramic hollow material has a particle size range of 125 ㎛ to 500 ㎛,
Manufacturing method of aluminum alloy foam.
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