KR20210053038A - Al alloy foam and manufacturing method of thereof - Google Patents

Abstract

According to one aspect of the present invention, provided is aluminum alloy foam. The aluminum alloy foam comprises: an aluminum alloy base containing magnesium; and a ceramic hollow material dispersed in the aluminum alloy base. A reactive layer containing a magnesium-aluminum composite oxide is formed on an interface where the aluminum alloy base and the ceramic hollow material come in contact with each other, and density of the aluminum alloy foam in a center portion is relatively higher than a surface portion.

Description

알루미늄 합금 폼 및 이의 제조방법{Al alloy foam and manufacturing method of thereof}TECHNICAL FIELD [0002] Aluminum 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 manufacturing method thereof, and in more detail, it has excellent shock absorption, sound absorbing and insulating properties, and explosion-proof properties, as well as excellent mechanical properties compared to the conventional aluminum foam, so that automobile bumper systems and building soundproofing facilities , To an aluminum alloy foam to which magnesium is added for use in bulletproof plates, and a method of 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 foams in which hollow bodies such as microspheres and cenospheres are dispersed inside, a technology for manufacturing foams using a polymer matrix has been reported. In this method, a method of impregnating a hollow body into a polymer is used because the bonding strength between the hollow body and the polymer is excellent. However, in the case of a polymer matrix foam, it is not suitable for use as a structural material due to its poor mechanical properties.

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, powder metallurgy method, molten metal pressurized impregnation method, stirring casting method, etc. are used, and aluminum foam is mainly used for applications requiring light weight such as transportation equipment and buildings. Aluminum foam not only has excellent light weight, but also has excellent shock absorption, sound absorbing and insulating properties, vibration attenuation, and explosion-proof properties, so it is used for automobile bumper systems, building soundproofing facilities, 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. The casting method has mainly been a foaming method in which a thickener and a foaming agent are added to the inside of the molten metal to foam. However, this foam casting method has a disadvantage in that the manufacturing cost is increased by using an expensive foaming agent, and it is not easy to control the foaming process parameters, and thus the defect rate is high.

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 manufacturing method of an aluminum foam prepared by dispersing a hollow body in a metal matrix does not use a thickener and a foaming agent, and thus has an advantage in that the manufacturing cost and raw material cost are lower than that of the foaming method. As a technique for dispersing a hollow body in aluminum, a powder metallurgy method, a molten metal pressurized impregnation method, and the like have been reported. The powder metallurgy method, which is prepared by mixing aluminum powder and hollow body powder, shows excellent dispersibility, but the manufacturing cost increases due to the nature of the powder metallurgy method. The molten metal pressurized impregnation method is a method in which the hollow body powder is put into a mold and then the aluminum molten metal is pressed to fill it.It can obtain uniform dispersion and excellent interfacial properties, but it has a disadvantage in that productivity is low and the specimen size is limited 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 of dispersing a hollow body in an aluminum alloy. However, it can be seen that this method is not simply a method of dispersing in the molten metal as a method of finally injecting and pressing the mold.

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. 또한, 본 발명은 경량성, 에너지흡수능, 방폭 특성, 내마모 특성이 우수하며 합금 폼의 내부는 낮은 밀도를, 표면은 높은 밀도를 부여함으로써 에너지흡수능을 극대화하면서 표면특성을 향상시킬 수 있어서 방탄특성 및 내마모특성을 필요로 하는 방탄판 및 브레이크 디스크 등에 사용가능한 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, excellent shock absorbing ability, sound absorbing and insulating properties, explosion-proof properties, as well as compared to the conventional aluminum foam. It is an object of the present invention to provide an aluminum alloy foam added with magnesium, which can be used for automobile bumper systems, building soundproofing facilities, bulletproof plates, etc., due to its excellent mechanical properties, and its manufacturing method. In addition, the present invention is excellent in light weight, energy absorption, explosion-proof properties, abrasion resistance properties, and the inner alloy foam has a low density and the surface has a high density, thereby maximizing energy absorption and improving the surface properties. It is an object of the present invention to provide an aluminum alloy foam that can be used for bulletproof plates and brake disks that require wear resistance and a method for manufacturing the same. 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 problem, it provides an aluminum alloy foam.

상기 알루미늄 합금 폼은 마그네슘을 함유하는 알루미늄 합금 기지; 및 상기 알루미늄 합금 기지 내에 분산된 세라믹 중공 소재;를 포함하되, 상기 알루미늄 합금 기지 및 상기 세라믹 중공 소재가 서로 접하는 계면에는 마그네슘-알루미늄 복합 산화물을 포함하는 반응층이 형성되며, 상기 알루미늄 합금 폼의 밀도는 중심부 보다 표면부에서 상대적으로 더 높다. The aluminum alloy foam is an aluminum alloy base containing magnesium; And a ceramic hollow material dispersed in the aluminum alloy matrix, wherein 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, and the density of the aluminum alloy foam Is relatively higher at the surface than at the center.

상기 알루미늄 합금 폼의 경도는 중심부 보다 표면부에서 상대적으로 더 높을 수 있다. The hardness of the aluminum alloy foam may be relatively higher in the surface portion than in the center portion.

상기 세라믹 중공 소재의 장폭와 단폭의 비율인 형상비는 상기 알루미늄 합금 폼의 중심부 보다 표면부에서 상대적으로 더 클 수 있다. The aspect ratio, which is the ratio of the long width and the short width of the hollow ceramic material, may be relatively larger in the surface portion than in the center portion of the aluminum alloy foam.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 관점에 따르면, 알루미늄 합금 폼의 제조방법을 제공한다. According to another aspect of the present invention for solving the above problem, it provides a method of manufacturing an aluminum alloy foam.

상기 알루미늄 합금 폼의 제조방법은 마그네슘을 함유하는 알루미늄 합금 기지; 및 상기 알루미늄 합금 기지 내에 분산된 세라믹 중공 소재;를 포함하며, 상기 알루미늄 합금 기지 및 상기 세라믹 중공 소재가 서로 접하는 계면에는 마그네슘-알루미늄 복합 산화물을 포함하는 반응층이 형성된, 제 1 알루미늄 합금 폼을 제공하는 단계; 및 상기 제 1 알루미늄 합금 폼을 가열하여 상기 제 1 알루미늄 합금 폼의 표면부가 상기 제 1 알루미늄 합금 폼의 중심부 보다 온도가 더 높도록 유지한 상태에서 압연하여 제 2 알루미늄 합금 폼을 형성하는 단계;를 포함한다.The method of manufacturing the aluminum alloy foam includes an aluminum alloy base containing magnesium; And a ceramic hollow material dispersed in the aluminum alloy matrix, wherein a reaction layer including a magnesium-aluminum composite oxide is formed at an interface where the aluminum alloy matrix and the ceramic hollow material are in contact with each other, providing a first aluminum alloy foam The step of doing; And heating the first aluminum alloy foam to form a second aluminum alloy foam by rolling the surface portion of the first aluminum alloy foam while maintaining a temperature higher than the central portion of the first aluminum alloy foam. Includes.

상기 알루미늄 합금 폼의 제조방법에서, 상기 제 2 알루미늄 합금 폼을 형성하는 단계는 상기 알루미늄 합금 기지의 고액 공존 온도까지 상기 제 1 알루미늄 합금 폼을 가열한 상태에서 압연하는 단계를 포함할 수 있다. In the method of manufacturing the aluminum alloy foam, forming the second aluminum alloy foam may include rolling the first aluminum alloy foam while heating the first aluminum alloy foam to a solid-liquid coexistence temperature of the aluminum alloy matrix.

상기 알루미늄 합금 폼의 제조방법에서, 상기 제 1 알루미늄 합금 폼은 마그네슘: 2.0 wt% 내지 8.0 wt%, 실리콘: 0 초과 1 wt% 이하 및 잔부가 알루미늄으로 이루어지며, 상기 제 2 알루미늄 합금 폼을 형성하는 단계는 상기 제 1 알루미늄 합금 폼을 530 내지 630℃ 범위에서 가열한 상태에서 압연하는 단계를 포함할 수 있다. In the method of manufacturing the aluminum alloy foam, the first aluminum alloy foam is composed of magnesium: 2.0 wt% to 8.0 wt%, silicon: more than 0 and 1 wt% or less, and the balance is aluminum, forming the second aluminum alloy foam The step may include rolling the first aluminum alloy foam in a heated state in the range of 530 to 630 °C.

상기 알루미늄 합금 폼의 제조방법에서, 상기 제 2 알루미늄 합금 폼을 형성하는 단계는 상기 제 1 알루미늄 합금 폼을 5 ~ 25%의 압하율로 압연하는 단계를 포함할 수 있다. In the method of manufacturing the aluminum alloy foam, forming the second aluminum alloy foam may include rolling the first aluminum alloy foam at a reduction ratio of 5 to 25%.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 실시예에 따르면, 교반주조법을 사용함으로써 종래의 분말야금법에 비하여 제조공정 비용을 획기적으로 낮출 수 있는 알루미늄 합금 폼을 제공한다. 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.According to an embodiment of the present invention made as described above, there is provided an aluminum alloy foam capable of significantly lowering the manufacturing process cost compared to the conventional powder metallurgy method by using a stirring casting method. In addition, the aluminum alloy foam of the present invention has a remarkable effect of recycling resources and reducing manufacturing process costs by using cenospheres, which are some lightweight fine particles of coal ash treated as waste. In addition, compared to the conventional foam casting method, since the thickener and foaming agent are not added, the manufacturing cost reduction effect is remarkable, and the manufacturing process is simple compared to the molten metal pressure impregnation method, and the manufacturing cost reduction effect is excellent because it does not include a pressing process during casting. A method of manufacturing an aluminum alloy foam can be provided. 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 광학현미경으로 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.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 알루미늄 합금 폼 샘플의 제조방법을 도해하는 순서도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 알루미늄 합금 폼 샘플의 제조방법을 도해하는 단면도이다.
도 10은 본 발명의 실험예 중에서 실시예의 샘플에서 표면부(As)와 중심부(Ac)에서의 조직을 확대하여 촬영한 사진이다. 1 is a view showing in sequence a method of manufacturing an aluminum alloy foam sample according to an embodiment of the present invention.
2 is a photograph of an analysis of the microstructure of a hollow ceramic material according to an experimental example of the present invention with a scanning electron microscope.
3 is a photograph of an analysis of the microstructure of an aluminum alloy foam sample according to an experimental example of the present invention with an optical microscope.
4 is a photograph of an analysis of the microstructure of an aluminum alloy foam sample according to an experimental example of the present invention with an optical microscope.
5 is a graph comparing and analyzing the dispersion degree of an aluminum alloy foam sample according to an experimental example of the present invention.
6 is a photograph of an interfacial microstructure of an aluminum alloy foam sample according to an experimental example of the present invention analyzed using a scanning electron microscope and an energy dispersion spectroscopy method.
7 is a photograph of an aluminum alloy foam sample according to an experimental example of the present invention analyzed by micro-computed tomography (CT).
8 is a flow chart illustrating a method of manufacturing an aluminum alloy foam sample according to another embodiment of the present invention.
9 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing an aluminum alloy foam sample according to another embodiment of the present invention.
10 is a photograph of an enlarged image of tissues in the surface portion (As) and the central portion (Ac) in the sample of the example among the experimental examples of the present invention.

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 completely describe the present invention to those of ordinary skill in the art, and the following examples 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 completely convey the spirit of the present invention to those skilled in the art.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 합금 폼 샘플의 제조방법을 순서대로 도시한 도면이다.1 is a view showing in order 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 a melting furnace 70 to prepare a molten aluminum 10. Thereafter, as shown in FIG. 1B, magnesium 20 is added to the prepared molten aluminum 10 to prepare a molten aluminum alloy 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 Fig. 1(c), a vortex is formed in the aluminum alloy molten metal 10 containing magnesium by rotating the stirrer 80, and the aluminum alloy molten metal 10 containing magnesium in which the vortex is formed. 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 using the stirrer 80, by injecting the ceramic hollow material 30 into the vortex in the molten metal 80, the aluminum alloy molten metal during stirring Induces an active reaction between (10) and 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 such agitation, the cast aluminum alloy foam shows excellent bonding strength between the aluminum alloy base and the ceramic hollow material. This bonding strength is believed to be due to the formation of a magnesium-aluminum composite oxide reaction layer that improves bonding strength at the interface between the aluminum alloy matrix and the ceramic hollow material. Details on 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 첨가하기 전에 세라믹 중공 소재(30)를 100 ℃ 내지 180 ℃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 ℃. In addition, before adding the ceramic hollow material 30, the ceramic hollow material 30 is preheated in a temperature range of 100°C to 180°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 일 실시예에 의한 알루미늄 합금 폼(100)이 제조된다.As shown in (d) of FIG. 1, the ceramic hollow material 30 uniformly dispersed in the aluminum alloy molten metal 10 containing magnesium is charged into the mold 90 and cooled. Thereafter, as shown in (e) of FIG. 1, when the mold 90 is removed, the aluminum alloy foam 100 according to an embodiment of the present invention is manufactured.

도 1의 (e)에 의하면, 본 발명의 일 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 2.0 wt% 내지 8.0 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 Figure 1, the aluminum alloy foam 100 according to an embodiment of the present invention is an aluminum alloy base 15 containing magnesium, a ceramic hollow material 30 dispersed in the aluminum alloy base 15 Includes. At this time, a reaction layer 40 is formed at an interface where the aluminum alloy base 15 and the ceramic hollow material 30 contact each other. Here, the content of magnesium added in the aluminum alloy 15 may be 2.0 wt% to 8.0 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, Cenosphere, which is light-weight fine particles of coal ash generated in large quantities in a thermal power plant and treated as waste. In this case, the resource recycling effect is excellent, and the effect of reducing the cost of the manufacturing process can be obtained. The ceramic hollow material 30 may have a particle size range of, for example, 125 μm to 500 μm.

또한, 알루미늄 합금(15) 내에 분산된 세라믹 중공 소재(30)의 분산균일도는 하기 수학식 1로 정의되는 분산균일도(%)가 82% 내지 96%를 만족한다.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.

[수학식 1][Equation 1]

분산균일도(%)={1-(세라믹 중공 소재의 분율에 대한 표준편차/세라믹 중공 소재의 평균 분율)}×100Dispersion uniformity (%)={1-(standard deviation of the fraction of hollow ceramic material/average fraction of hollow ceramic 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 ceramic hollow material 30 dispersed in the aluminum alloy 15, and the aluminum alloy 15, and the ceramic hollow material 30 are improved by the reaction layer 40 formed at the interface in contact with each other. The reaction layer 40 includes, for example, 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-described cenosphere 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 strength is significantly 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 molten aluminum alloy 10 to which magnesium is added and the cenosphere undergo a chemical reaction during stirring. Cenosphere is _{a compound or complex oxide of SiO 2} and Al ₂ O ₃ , and the reaction of the molten aluminum 10 containing magnesium and 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 chemical reactions such as those of the above formulas (1) to (3) take place, the bonding strength between the aluminum alloy matrix and the cenosphere is increased. Here, as the content of magnesium in the aluminum alloy increases, the activity of magnesium in the molten metal increases, so it is advantageous to increase the content of magnesium in the aluminum alloy in order to increase the reactivity with the 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 2.0 wt% 내지 8.0 wt%로 제어한다. 만약, 마그네슘 함량이 2.0 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 8.0 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 cenospheres also increases rapidly. Therefore, in the present invention, the content of magnesium added in the aluminum alloy 15 is controlled to 2.0 wt% to 8.0 wt%. If the magnesium content is less than 2.0 wt%, the reactivity with the ceramic hollow material 30 is insufficient, and thus it is difficult for the ceramic hollow material 30 to be uniformly dispersed in the aluminum alloy matrix. On the other hand, when the magnesium content exceeds 8.0 wt%, the degree of oxidation of the molten aluminum alloy 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, a chemical reaction of silicon and magnesium as shown in the following formula (4) occurs _{, so that a secondary phase of magnesium silicide (Mg 2} Si) is crystallized 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 amount of silicon added in the aluminum alloy matrix increases, the content of magnesium in the matrix decreases, thereby inhibiting chemical reactions such as formulas (1) to (3). Accordingly, the content of silicon is not added or the content is limited to a range of less than 1.0 wt%, so that the chemical reaction between the molten aluminum alloy and the cenosphere is preferentially induced, so that the unique characteristics 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.On the other hand, by strongly stirring the aluminum alloy molten metal 10 to create a vortex, the ceramic hollow material 30 can penetrate into the aluminum alloy molten metal 10. At this time, when the stirring speed of the aluminum alloy molten metal 10 is less than a certain level, the aluminum alloy molten metal 10 cannot penetrate into the inside of the molten aluminum alloy 10 due to the low density of the hollow ceramic material 30. On the other hand, when the stirring speed of the aluminum alloy molten metal 10 is more than a certain amount, the aluminum alloy molten metal 10 flows to the outside by centrifugal force. Therefore, it is preferable that the rotational speed of the appropriate stirrer 80 is 500 rpm to 1200 rpm. Here, the shape of the stirrer 80 may have various shapes to form a vortex of the aluminum alloy molten metal 10 and uniformly disperse 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, it is preferable that the temperature of the aluminum alloy molten metal 10 is 750 ℃ to 850 ℃ when the aluminum alloy molten metal 10 is stirred. If the temperature is less than 750° C., the reactivity between the aluminum alloy molten metal 10 and the ceramic hollow material 30 decreases, so that uniform dispersion is not achieved, and the viscosity of the aluminum alloy molten metal 10 increases, making it difficult to stir. . On the other hand, when the temperature exceeds 850° C., a large amount of reaction products are unnecessarily generated due to excessive reaction between the aluminum alloy molten metal 10 and the ceramic hollow material 30, and the oxidation of magnesium in 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 molten aluminum alloy 10 affects the reaction between the molten aluminum alloy and the hollow ceramic material and the dispersion uniformity. In order to induce a reaction between the aluminum alloy and the molten metal and the ceramic hollow material, and to achieve uniform dispersion, a molten metal stirring time of a certain amount of time is required. On the other hand, when the stirring time of the aluminum alloy molten metal 10 increases, the fluidity of the molten metal rapidly decreases due to excessive generation of reactants, which is not preferable. Therefore, in the present invention, the stirring time of the aluminum alloy molten metal 10 is limited to 1 minute or more and within 5 minutes.

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 180 ℃ 온도에서 예열함으로써 세라믹 중공 소재(30)의 수분을 제거한 후 첨가한다.Meanwhile, the ceramic hollow material 30 is preheated at a temperature of 100° C. to 180° C. before injection into the aluminum alloy molten metal 10 in order to prevent a rapid decrease in the temperature of the molten metal when injected into the aluminum alloy molten metal 10. It is added after removing moisture from the material 30.

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 is because when the particle size of the ceramic hollow material 30 decreases, the surface area of the particles of the ceramic hollow material 30 increases, 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 influence of the surface tension between the aluminum alloy molten metal and the ceramic hollow 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 the decrease in the temperature of the molten metal and the influence of the 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 by the inert gas inside the ceramic hollow material is more pronounced than when the particle size is less than 500 µm. 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, 20 Vol.% to 50 Vol.% of the ceramic hollow material 30 is added. If the content of the hollow ceramic material 30 is less than 20 Vol.%, it is difficult to sufficiently exhibit the unique characteristics of the aluminum alloy foam. On the other hand, if it exceeds 50 Vol.%, the ceramic hollow material 30 powder that has not completely penetrated into the aluminum alloy molten metal 10 rises to the top of the molten metal, and the flow rate of the molten metal rapidly decreases, making casting impossible. Is done.

본 발명의 일 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 an embodiment of the present invention includes a ceramic hollow material 30 evenly distributed in the aluminum alloy 15, has excellent energy absorption and mechanical properties, and is a vehicle crash member, sound insulation of buildings. It can be used for materials and bulletproof boards.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 알루미늄 합금 폼 샘플의 제조방법을 도해하는 순서도이고, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 알루미늄 합금 폼 샘플의 제조방법을 도해하는 단면도이다. 8 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an aluminum alloy foam sample according to another embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing an aluminum alloy foam sample according to another embodiment of the present invention.

도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 알루미늄 합금 폼 샘플의 제조방법은 마그네슘을 함유하는 알루미늄 합금 기지; 및 상기 알루미늄 합금 기지 내에 분산된 세라믹 중공 소재;를 포함하며, 상기 알루미늄 합금 기지 및 상기 세라믹 중공 소재가 서로 접하는 계면에는 마그네슘-알루미늄 복합 산화물을 포함하는 반응층이 형성된, 제 1 알루미늄 합금 폼(100)을 제공하는 단계(S100); 및 상기 제 1 알루미늄 합금 폼(100)을 가열하여 표면부(As)가 중심부(Ac) 보다 온도가 더 높도록 유지한 상태에서 압연하여 제 2 알루미늄 합금 폼(200)을 형성하는 단계(S200);를 포함한다. 8 and 9, a method of manufacturing an aluminum alloy foam sample according to another embodiment of the present invention includes an aluminum alloy base containing magnesium; And a ceramic hollow material dispersed in the aluminum alloy matrix, wherein a reaction layer including a magnesium-aluminum composite oxide is formed at an interface where the aluminum alloy matrix and the ceramic hollow material are in contact with each other, and a first aluminum alloy foam 100 ) Providing a step (S100); And forming the second aluminum alloy foam 200 by heating the first aluminum alloy foam 100 and rolling it while maintaining the temperature of the surface portion As higher than the central portion Ac (S200). Includes;

제 1 알루미늄 합금 폼(100)은 도 1 내지 도 7을 참조하여 앞에서 설명한 알루미늄 합금 폼에 해당한다. 따라서, 제 1 알루미늄 합금 폼(100)에 대한 상세한 설명은 중복되므로 여기에서는 생략한다. The first aluminum alloy foam 100 corresponds to the aluminum alloy foam described above with reference to FIGS. 1 to 7. Therefore, since the detailed description of the first aluminum alloy foam 100 is redundant, it will be omitted here.

제 2 알루미늄 합금 폼(200)은 제 1 알루미늄 합금 폼(100)을 가열하여 표면부(As)가 중심부(Ac) 보다 온도가 더 높도록 유지한 상태에서 압연롤(150)을 이용하여 압연하여 구현된다. 상기 제 2 알루미늄 합금 폼(200)을 형성하는 단계(S200)는 상기 제 1 알루미늄 합금 폼(100)을 5 ~ 25%의 압하율로 압연하는 단계를 포함할 수 있다. The second aluminum alloy foam 200 is rolled using the rolling roll 150 while the first aluminum alloy foam 100 is heated and the surface portion (As) is kept at a higher temperature than the central portion (Ac). Is implemented. The step of forming the second aluminum alloy foam 200 (S200) may include rolling the first aluminum alloy foam 100 at a reduction ratio of 5 to 25%.

제 2 알루미늄 합금 폼(200)을 형성하는 단계(S200)를 수행함에 있어서 제 1 알루미늄 합금 폼(100)을 가열하는 공정이 선행되어야 하는 바, 제 1 알루미늄 합금 폼(100)을 가열하여 표면부(As)가 중심부(Ac) 보다 온도가 더 높도록 유지한 상태에서 압연하는 것이 중요하다. 가령, 도 1에 개시된 (d) 단계와 (e) 단계 사이에 존재하는 상태의 알루미늄 합금 폼을 압연하는 경우, 상기 알루미늄 합금 폼의 표면부는 중심부 보다 온도가 더 낮으므로 상술한 제 2 알루미늄 합금 폼(200)을 구현할 수 없다. 즉, 제 2 알루미늄 합금 폼(200)을 구현하기 위하여 선행되는 압연 대상물은 도 1에 개시된 (e) 단계 이후에 제 1 알루미늄 합금 폼(100)을 가열하여 표면부(As)가 중심부(Ac) 보다 온도가 더 높도록 유지하여야 한다. In performing the step (S200) of forming the second aluminum alloy foam 200, the process of heating the first aluminum alloy foam 100 should be preceded. It is important to roll in a state where (As) is kept at a higher temperature than the center (Ac). For example, in the case of rolling an aluminum alloy foam in a state between steps (d) and (e) disclosed in FIG. 1, the surface portion of the aluminum alloy foam is lower than that of the central portion, so the above-described second aluminum alloy foam (200) cannot be implemented. That is, the rolling object preceding to implement the second aluminum alloy foam 200 heats the first aluminum alloy foam 100 after the step (e) disclosed in FIG. 1 so that the surface portion (As) becomes the central portion (Ac) It should be kept at a higher temperature.

구체적으로, 상기 제 2 알루미늄 합금 폼(200)을 형성하는 단계(S200)는 상기 알루미늄 합금 기지의 고액 공존 온도까지 상기 제 1 알루미늄 합금 폼(100)을 가열한 상태에서 압연하는 단계를 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 제 1 알루미늄 합금 폼(100)은 마그네슘: 2.0 wt% 내지 8.0 wt%, 실리콘: 0 초과 1 wt% 이하 및 잔부가 알루미늄으로 이루어지며, 이 경우, 상기 제 2 알루미늄 합금 폼(200)을 형성하는 단계(S200)는 상기 제 1 알루미늄 합금 폼(100)을 530 내지 630℃ 범위에서 가열한 상태에서 압연하는 단계를 포함할 수 있다. Specifically, the step of forming the second aluminum alloy foam 200 (S200) may include rolling the first aluminum alloy foam 100 in a heated state to a solid-liquid coexistence temperature of the aluminum alloy matrix. have. More specifically, the first aluminum alloy foam 100 is made of magnesium: 2.0 wt% to 8.0 wt%, silicon: more than 0 and 1 wt% or less, and the balance is aluminum, in this case, the second aluminum alloy foam ( Forming 200) (S200) may include rolling the first aluminum alloy foam 100 in a heated state in the range of 530 to 630°C.

상술한 제조방법으로 형성된 제 2 알루미늄 합금 폼(200)은 경사밀도(density-graded) 알루미늄 합금 폼을 구현할 수 있다. 이 경우, 제 2 알루미늄 합금 폼(200)의 표면부(As)에서의 밀도는 제 2 알루미늄 합금 폼(200)의 중심부(Ac)에서의 밀도보다 상대적으로 더 높을 수 있다. The second aluminum alloy foam 200 formed by the above-described manufacturing method may implement a density-graded aluminum alloy foam. In this case, the density at the surface portion As of the second aluminum alloy foam 200 may be relatively higher than the density at the central portion Ac of the second aluminum alloy foam 200.

이러한 경사밀도(density-graded) 알루미늄 합금 폼으로서 제 2 알루미늄 합금 폼(200)의 경도는 중심부(Ac) 보다 표면부(As)에서 상대적으로 더 높을 수 있다. 또한, 상기 경사밀도(density-graded) 알루미늄 합금 폼으로서 제 2 알루미늄 합금 폼(200)에서, 세라믹 중공 소재의 장폭와 단폭의 비율인 형상비는 제 2 알루미늄 합금 폼(200)의 중심부(Ac) 보다 제 2 알루미늄 합금 폼(200)의 표면부(As)에서 상대적으로 더 클 수 있다. As such a density-graded aluminum alloy foam, the hardness of the second aluminum alloy foam 200 may be relatively higher in the surface portion As than in the central portion Ac. In addition, in the second aluminum alloy foam 200 as the density-graded aluminum alloy foam, the aspect ratio, which is the ratio of the long width and the short width of the ceramic hollow material, is greater than the central portion Ac of the second aluminum alloy foam 200. 2 It may be relatively larger in the surface portion (As) of the aluminum alloy foam 200.

나아가, 제 2 알루미늄 합금 폼(200)은 표면과 내부의 밀도가 연속적으로 변하는 경사밀도를 가질 수도 있다. 이를 구현하기 위하여, 압연공정에 투입하는 피압연체인 제 1 알루미늄 합금 폼(100)은 표면부(As)에서 중심부(Ac)에 이르기까지 온도가 점점 낮아지는 양상을 가지도록 가열될 수 있다. Further, the second aluminum alloy foam 200 may have a gradient density in which the density of the surface and the interior continuously changes. In order to implement this, the first aluminum alloy foam 100, which is a to-be-rolled material injected into the rolling process, may be heated so that the temperature gradually decreases from the surface portion As to the central portion Ac.

이러한 특성을 가지는 제 2 알루미늄 합금 폼(200)은 경량성, 에너지흡수능, 방폭 특성, 내마모 특성이 우수하며 합금 폼의 내부는 낮은 밀도를, 표면은 높은 밀도를 부여함으로써 에너지흡수능을 극대화하면서 표면특성을 향상시킬 수 있어서 방탄특성 및 내마모특성을 필요로 하는 방탄판 및 브레이크 디스크 등에 사용가능하다.The second aluminum alloy foam 200 having these characteristics has excellent light weight, energy absorption, explosion-proof properties, and abrasion resistance, and provides a low density inside the alloy foam and a high density on the surface to maximize energy absorption while maximizing the surface. Since it can improve its properties, it can be used for bulletproof plates and brake discs that require bulletproof properties and wear resistance.

경사기능(functionally graded) 재료와 같이 재료 내부의 성질을 위치에 따라서 변화시킴으로써 기능성을 극대화할 수 있으며, 금속 폼의 경우에도 내부에 존재하는 기공의 부피분율을 위치에 따라서 변화시킨 경사 밀도 (density-graded) 폼이 에너지흡수능 및 방탄특성 측면에서 유리하다. 그러나, 이러한 경사 밀도 폼을 구현함에 있어서, 별도로 제작한 전구체를 이용한 가압함침법으로 제조하거나 여러 종류의 기공 밀도를 갖는 폼을 접합시켜 제조하는 방법을 사용하거나, 3D 프린팅법을 이용하여 경사 밀도 폼을 제조하는 경우, 특정한 금속 분말을 사용해야하며, 공정의 복잡성으로 인하여 생산 단가가 높고 대량생산이 어렵다는 단점이 예상된다. 상술한 본 발명의 실시예에 의하면, 교반주조법을 이용하여 알루미늄-마그네슘 계 합금 폼을 제조하여 제조공정 비용을 획기적으로 낮출 수 있으며 재료 내부에 경사밀도를 부여함으로써 에너지흡수능을 극대화하고 표면특성을 향상시킬 수 있다. 특히 분말야금법, 가압함침법, 3D프린팅법 등을 사용하지 않으므로 제조공정 비용을 낮추고 대량생산이 가능한 장점이 있다.Like a functionally graded material, functionality can be maximized by changing the properties of the material according to the location, and even in the case of a metal foam, the density- graded) Foam is advantageous in terms of energy absorption and bulletproof properties. However, in implementing such a gradient density foam, a method of manufacturing by using a pressure impregnation method using a separately prepared precursor, or by bonding foams having various types of pore densities, or by using a 3D printing method. In the case of manufacturing, a specific metal powder must be used, and the production cost is high and mass production is difficult due to the complexity of the process. According to the above-described embodiment of the present invention, by manufacturing an aluminum-magnesium-based alloy foam using the stirring casting method, the manufacturing process cost can be significantly reduced, and the energy absorption capacity is maximized and the surface characteristics are improved by imparting a gradient density to the inside of the material. I can make it. In particular, since the powder metallurgy method, pressure impregnation method, 3D printing method, etc. are not used, the manufacturing process cost is lowered and mass production is possible.

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

<제 1 실험예><First Experimental Example>

본 발명의 제 1 실험예에 따른 알루미늄 합금 폼의 제조방법을 이용하여 알루미늄 합금 폼 샘플을 제조하였다. 표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 합금 폼 샘플의 제조조건 및 분산여부, 분산균일도를 나타낸 것이다. 표 2는 본 발명의 비교예에 따른 알루미늄 합금 폼 샘플의 제조조건 및 분산여부, 분산균일도를 나타낸 것이다. 표 1 및 표 2의 분산여부 항목에서 'O'항목은 분산이 양호함을 의미하며, 'X'항목은 분산이 불량함을 의미하며, '△'항목은 분산이 보통임을 의미한다. An aluminum alloy foam sample was prepared using the method of manufacturing an aluminum alloy foam according to the first experimental example of the present invention. Table 1 shows the manufacturing conditions, dispersion, and uniformity of dispersion of an aluminum alloy foam sample according to an embodiment of the present invention. Table 2 shows the manufacturing conditions, dispersion, and uniformity of dispersion of an aluminum alloy foam sample according to a comparative example of the present invention. In the variance items of Tables 1 and 2, the'O' item means that the variance is good, the'X' item means that the variance is poor, and the'△' item means that the variance is normal.

실시예Example Mg함량 (Wt. %)Mg content (Wt. %) Si
함량(Wt. %)Si
Content (Wt. %) 세노스피어종류Type of Cenosphere 세노스피어주입
함량
(Vol. %)Cenosphere injection
content
(Vol. %) 세노스피어평균
입도(μm) Cenosphere average
Particle size (μm) Aspect ratio(쉘
직경
:쉘
두께)Aspect ratio (shell
diameter
:Shell
thickness) 세노스피어예열
온도(℃)Cenosphere preheating
Temperature(℃) 교반온도 (℃)Stirring temperature (℃) 용탕온도 (℃)Melt temperature (℃) 출탕온도 (℃)Tapping 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 to 180 750 ~ 850750 ~ 850 750 ~ 800750 ~ 800 >800>800 OO 9696 22 33 <1<1 C2C2 3030 136136 25:125:1 100 ~ 180100 to 180 750 ~ 850750 ~ 850 750 ~ 800750 ~ 800 >800>800 OO 8383 33 33 <1<1 C2C2 4040 136136 25:125:1 100 ~ 180100 to 180 750 ~ 850750 ~ 850 750 ~ 800750 ~ 800 >800>800 OO 8282 44 33 <1<1 C2C2 5050 136136 25:125:1 100 ~ 180100 to 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 to 180 750 ~ 850750 ~ 850 750 ~ 800750 ~ 800 >800>800 OO 8888

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

도 2에 의하면, 본 발명의 제 1 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.Referring to FIG. 2, a surface microstructure was analyzed using a scanning electron microscope (SEM) for each type of cenosphere, which is a ceramic hollow material used in the first experimental example of the present invention. The size of the particles according to the types of cenospheres were measured, and are 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

먼저, 표 1과 표 3을 참조하면, 본 제 1 실험예 중에서 실시예에 따른 알루미늄 합금 폼 샘플은 마그네슘을 함유하는 알루미늄 합금 기지; 및 상기 알루미늄 합금 기지 내에 분산된 세라믹 중공 소재;를 포함하되, 상기 마그네슘의 함량은 2.0 wt% 내지 8.0 wt% 의 범위를 만족하고, 상기 세라믹 중공 소재의 함량은 20 Vol.% 내지 50 Vol.%의 범위를 만족하고, 상기 알루미늄 합금 기지 내 실리콘의 함량은 1.0 wt% 미만의 범위를 만족하며, 상기 세라믹 중공 소재는 125 ㎛ 내지 500 ㎛의 입도 범위를 만족한다. 또한, 본 제 1 실험예 중에서 실시예에 따른 알루미늄 합금 폼 샘플을 제조하는 방법은 알루미늄 용탕에 2.0 wt% 내지 8.0 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 포함하되, 상기 알루미늄 합금 용탕을 교반하는 단계에서 상기 알루미늄 합금 용탕의 온도는 750 ℃ 내지 850 ℃의 범위를 만족하며, 상기 세라믹 중공 소재를 첨가하는 단계 이전에 상기 세라믹 중공 소재의 예열 온도는 100 ℃ 내지 180 ℃의 범위를 만족한다. First, referring to Tables 1 and 3, the aluminum alloy foam sample according to the embodiment in the first experimental example is an aluminum alloy matrix containing magnesium; And a ceramic hollow material dispersed in the aluminum alloy matrix; but, the content of magnesium satisfies a range of 2.0 wt% to 8.0 wt%, and the content of the ceramic hollow material is 20 Vol.% to 50 Vol.% Satisfies the range of, the content of silicon in the aluminum alloy matrix satisfies a range of less than 1.0 wt%, and the ceramic hollow material satisfies a particle size range of 125 μm to 500 μm. In addition, the method of manufacturing an aluminum alloy foam sample according to an embodiment of the first experimental example includes the steps of adding magnesium in the range of 2.0 wt% to 8.0 wt% to the aluminum molten metal; 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; including, but in the step of stirring the aluminum alloy molten metal, the aluminum alloy The temperature of the molten metal satisfies the range of 750 °C to 850 °C, and before the step of adding the hollow ceramic material, the preheating temperature of the hollow ceramic material satisfies the range of 100 °C to 180 °C.

상기 조건들을 모두 만족하는 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 합금 폼 샘플은 알루미늄 합금 기지 내에 분산된 세라믹 중공 소재의 분산균일도가 82% 내지 96%의 범위를 만족하여 양호함을 확인할 수 있다. It can be seen that the aluminum alloy foam sample according to an embodiment of the present invention that satisfies all of the above conditions satisfies the range of 82% to 96% of the dispersion uniformity of the ceramic hollow material dispersed in the aluminum alloy matrix.

한편, 표 2와 표 3을 참조하면, 본 제 1 실험예 중에서 비교예 1 내지 비교예 4는, 실시예들과 달리, 상술한 공정조건 중에서 마그네슘의 함량이 2.0 wt% 내지 8.0 wt% 의 범위를 만족하지 못한다. 본 제 1 실험예 중에서 비교예 2는, 실시예들과 달리, 상술한 공정조건 중에서 알루미늄 합금 기지 내 실리콘의 함량이 1.0 wt% 미만의 범위를 만족하지 못한다. 본 제 1 실험예 중에서 비교예 4 내지 비교예 6과 비교예 9 내지 비교예10은, 실시예들과 달리, 상술한 공정조건 중에서 세라믹 중공 소재의 입도 범위가 125 ㎛ 내지 500 ㎛의 범위를 만족하지 못한다. 본 제 1 실험예 중에서 비교예 7 내지 비교예 9는, 실시예들과 달리, 상술한 공정조건 중에서 세라믹 중공 소재의 함량이 20 Vol.% 내지 50 Vol.%의 범위를 만족하지 못한다. Meanwhile, referring to Tables 2 and 3, in Comparative Examples 1 to 4 of the first experimental example, unlike the Examples, the content of magnesium in the above-described process conditions is in the range of 2.0 wt% to 8.0 wt%. Is not satisfied. In Comparative Example 2 of the first experimental example, unlike the examples, the content of silicon in the aluminum alloy matrix among the above-described process conditions does not satisfy the range of less than 1.0 wt%. In the first experimental example, Comparative Examples 4 to 6 and Comparative Examples 9 to 10, unlike the Examples, the particle size range of the hollow ceramic material among the above-described process conditions satisfies the range of 125 µm to 500 µm. can not do. In Comparative Examples 7 to 9 of the first experimental example, unlike the examples, the content of the ceramic hollow material in the above-described process conditions does not satisfy the range of 20 Vol.% to 50 Vol.%.

이러한 본 발명의 비교예에 따른 알루미늄 합금 폼 샘플은 알루미늄 합금 기지 내에 분산된 세라믹 중공 소재의 분산균일도가 0% 내지 13%로서 분산 정도가 양호하지 못함을 확인할 수 있다. In the aluminum alloy foam sample according to the comparative example of the present invention, it can be seen that the dispersion uniformity of the ceramic hollow material dispersed in the aluminum alloy matrix is 0% to 13%, and the degree of dispersion is not good.

도 3은 본 발명의 제 1 실험예에 따른 알루미늄 합금 폼 샘플의 미세구조를 광학현미경으로 분석한 사진이다.3 is a photograph of analyzing the microstructure of an aluminum alloy foam sample according to the first 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.3(a) is a sample of Example 2 of the present invention, and FIG. 3(b) is a result of analyzing the microstructure of the sample of Comparative Example 3 with an optical microscope. In the case of the Example 2 sample, it was confirmed that the cenospheres were evenly dispersed in the aluminum alloy matrix. On the other hand, in the case of the sample of Comparative Example 3, it was confirmed that the cenospheres were arranged only in a specific part of the aluminum alloy matrix and were 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 it is confirmed that 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 an analysis of the microstructure of the sample of Comparative Example 8 by location, Figure 4 (a) is a microstructure inside the cast aluminum foam (inside), Figure 4 (b) is the outside (outside) microstructure 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 the cenospheres were not dispersed at all inside. This is because the content of the sample of Example 2 and the magnesium shown in Figure 3 (a) is the same, but the content of the cenosphere is as low as 15 Vol. Show what you do.

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

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.Figure 5 (a) is a view schematically showing the position in the sample to compare the dispersion degree of the aluminum alloy foam samples, Figure 5 (b) is a dispersion diagram at the position shown in Figure 5 (a) This is a graph of comparative analysis for each sample. FIG. 5 is a result showing the degree of dispersion of the hollow ceramic material by position of the foam, and the above-described dispersion uniformity is the result calculated by Equation 1 based on the degree of dispersion 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.Referring to FIG. 5B, in the case of the sample of Example 1 to the sample of Example 5 of the present invention, there was a difference in degree, but the dispersion degree was 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 the cenosphere was as low as 15 Vol.%, it was confirmed that the dispersion was not entirely achieved even if the other process conditions were the same. On the other hand, in the case of the samples of Example 1 to Example 5, it was confirmed that the content of the cenosphere satisfies 30 Vol.% or more, and the dispersion uniformity inside the aluminum alloy was also excellent.

도 6은 본 발명의 제 1 실험예에 따른 알루미늄 합금 폼 샘플의 계면 미세구조를 주사전자현미경 및 에너지분산분광법을 이용하여 분석한 사진이다.6 is a photograph of an interfacial microstructure of an aluminum alloy foam sample according to the first experimental example of the present invention analyzed using a scanning electron microscope and an energy dispersion spectroscopy method.

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.6, as a result of a line scan along the microstructure of the interface where the aluminum alloy and the cenosphere in the sample of Example 2 are in contact with each other, _{it was confirmed that the MgAl 2} O ₄ secondary phase was formed at the interface. This shows that an appropriate amount of magnesium must be added to form the bonding strength between the aluminum alloy base and the cenosphere, and a chemical reaction occurs while the aluminum alloy molten metal added with magnesium and the cenosphere are stirred with each other, thereby forming the MgAl ₂ O ₄ secondary phase. Can be seen.

도 7은 본 발명의 제 1 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 the first experimental example of the present invention analyzed by micro-computed tomography (CT).

도 7에 의하면, 본 발명의 실시예 2 샘플을 마이크로 CT로 분석한 것으로서, 알루미늄 합금 외부 표면 뿐만 아니라, 내부에도 균일하게 세노스피어가 분산된 것을 보여준다.Referring to FIG. 7, as a result of analyzing the sample of Example 2 of the present invention by micro-CT, it is shown that cenospheres are uniformly dispersed not only on the outer surface of the aluminum alloy, but also on the inside.

<제 2 실험예><Second Experimental Example>

표 4 및 표 5는 본 발명의 제 2 실험예의 샘플 조건과 이에 따른 물성을 나타낸다. 도 10은 본 발명의 제 2 실험예 중에서 실시예 8의 샘플에서 표면부(As)와 중심부(Ac)에서의 조직을 확대하여 촬영한 사진이다. Tables 4 and 5 show sample conditions and physical properties according to the second experimental example of the present invention. 10 is a photograph taken by enlarging the tissues at the surface portion As and the central portion Ac in the sample of Example 8 among the second experimental examples of the present invention.

본 발명의 제 2 실험예에서는, 알루미늄 기지와 세노스피어와의 결합력 형성 및 젖음성 개선을 위하여 마그네슘을 첨가하였다. 또한 경사밀도 부여를 위한 고액공존 온도영역 압연을 위하여 고액공존 온도 구간을 확장시키기 위하여 마그네슘의 첨가가 필요하다. 따라서, 본 발명에서는 2 내지 8wt%의 마그네슘을 첨가할 수 있다. 알루미늄 폼의 내부에 경사밀도를 부여하기 위하여 알루미늄 폼 판재를 고액공존 온도인 580℃에서 1시간 가열한 후 압연을 실시하였다. 이 때 판재의 가열 시간은 판재 표면의 온도가 고액공존 온도까지 충분히 도달하지만 내부로 이동할수록 온도가 감소하는 상태이어야 한다. 이를 위해서는 판재의 두께에 따라서 가열시간을 조절해야 한다. 본 제 2 실험예에서는 20mm 두께의 판재를 1시간 동안 가열하였다. 압연은 여러 패스로 실시하여 최종적으로 15 ~ 20%의 압하량을 가하였다. 판재의 마모특성을 Ball-on-disc 방식으로 50N의 수직하중, 0.5m/s의 선속도로 평가하였다. In the second experimental example of the present invention, magnesium was added to form a bonding force between the aluminum matrix and the cenosphere and to improve wettability. In addition, magnesium needs to be added to extend the high-liquid coexistence temperature range for rolling in the solid-liquid coexistence temperature range for imparting gradient density. Therefore, in the present invention, 2 to 8 wt% of magnesium may be added. In order to impart the inclination density to the inside of the aluminum foam, the aluminum foam plate was heated at 580°C, which is a solid-liquid coexistence temperature, for 1 hour, and then rolled. At this time, the heating time of the plate material should be in a state in which the temperature of the plate material surface sufficiently reaches the solid-liquid coexistence temperature, but the temperature decreases as it moves inside. For this, the heating time must be adjusted according to the thickness of the plate. In the second experimental example, a plate having a thickness of 20 mm was heated for 1 hour. Rolling was carried out in several passes, and finally, a reduction of 15 to 20% was applied. The wear characteristics of the plate were evaluated by a ball-on-disc method with a vertical load of 50N and a linear speed of 0.5m/s.

Mg함량 (중량 %)Mg content (% by weight) 세노스피어 부피분율 (%)Cenosphere volume fraction (%) 압하량
(%)Reduction
(%) 밀도
(g/cm³)density
(g/cm ³ ) 표면 밀도
(g/cm³)Surface density
(g/cm ³ ) 중심 밀도
(g/cm³)Center density
(g/cm ³ ) 중공체의 형상비
(표면)Hollow body aspect ratio
(surface) 중공체의 형상비
(중심)Hollow body aspect ratio
(center) 비교예 11Comparative Example 11 33 3030 0%0% 2.2652.265 2.272.27 2.272.27 1.11.1 1.11.1 실시예 6Example 6 33 3030 15%15% 2.2772.277 2.952.95 2.062.06 2.42.4 1.31.3 실시예 7Example 7 33 3030 20%20% 2.2572.257 2.952.95 2.062.06 3.43.4 1.31.3 비교예 12Comparative Example 12 77 3030 0%0% 2.2112.211 2.212.21 2.212.21 1.01.0 1.01.0 실시예 8Example 8 77 3030 20%
(1%/pass)20%
(1%/pass) 2.3732.373 2.912.91 2.022.02 3.63.6 1.61.6 실시예 9Example 9 77 3030 20%
(5%/pass)20%
(5%/pass) 2.42.4 2.912.91 2.022.02 3.23.2 1.61.6

Mg함량 (중량 %)Mg content (% by weight) 세노스피어 부피분율 (%)Cenosphere volume fraction (%) 압하량
(%)Reduction
(%) 표면 경도
(HV)Surface hardness
(HV) 중심 경도
(HV)Central hardness
(HV) 마모율
(mm³/m)Wear rate
(mm ³ /m) 마찰계수
(μ)Coefficient of friction
(μ) 비교예 11Comparative Example 11 33 3030 0%0% 51.251.2 51.251.2 0.004390.00439 0.907450.90745 실시예 6Example 6 33 3030 15%15% 68.868.8 54.154.1 0.0016950.001695 0.0637990.063799 실시예 7Example 7 33 3030 20%20% 70.570.5 67.467.4 0.0016660.001666 0.1689950.168995 비교예 12Comparative Example 12 77 3030 0%0% 65.165.1 65.165.1 0.003820.00382 0.371540.37154 실시예 8Example 8 77 3030 20%
(1%/pass)20%
(1%/pass) 67.267.2 59.359.3 0.005580.00558 0.18540.1854 실시예 9Example 9 77 3030 20%
(5%/pass)20%
(5%/pass) 60.360.3 57.457.4 0.002370.00237 0.040260.04026

본 발명의 제 2 실험예에 따른 알루미늄 합금 폼은 제 1 알루미늄 합금 폼(비교예)과 제 2 알루미늄 합금 폼(실시예)로 구분된다. 구체적으로, 비교예 11 및 비교예 12는 제 1 알루미늄 합금 폼으로서 도 8에서 단계(S200)를 적용하지 않은 알루미늄 합금 폼에 해당하며, 실시예 6 내지 실시예 9는 제 2 알루미늄 합금 폼으로서 도 8에서 단계(S200)를 적용하여 구현한 알루미늄 합금 폼에 해당한다. 나아가, 실시예 6 및 실시예 7은 도 8의 단계(S200)를 수행함에 있어서, 압연 공정을 단일 패스(1pass)만 수행하여 목표로 하는 압하율을 구현한 것이며, 실시예 8 및 실시예 9는 도 8의 단계(S200)를 수행함에 있어서, 압연 공정을 멀티 패스(multi-pass)로 수행하여 목표로 하는 압하율을 구현한 것이다. The aluminum alloy foam according to the second experimental example of the present invention is divided into a first aluminum alloy foam (comparative example) and a second aluminum alloy foam (example). Specifically, Comparative Examples 11 and 12 correspond to the aluminum alloy foam to which the step (S200) was not applied in FIG. 8 as the first aluminum alloy foam, and Examples 6 to 9 are shown as the second aluminum alloy foam. It corresponds to the aluminum alloy foam implemented by applying the step (S200) in 8. Further, Examples 6 and 7 implemented the target reduction ratio by performing only a single pass through the rolling process in performing step S200 of FIG. 8, and Examples 8 and 9 In performing step S200 of FIG. 8, the rolling process is performed in a multi-pass to achieve a target reduction ratio.

표 4 및 도 10을 참조하면, 비교예들은 제 1 알루미늄 합금 폼의 표면부(As)와 중심부(Ac)에서 밀도가 동일하며, 제 1 알루미늄 합금 폼의 표면부(As)와 중심부(Ac)에서 세라믹 중공 소재의 장폭와 단폭의 비율인 형상비가 동일함을 확인할 수 있다. 이에 반하여, 실시예들은 제 2 알루미늄 합금 폼의 표면부(As)와 중심부(Ac)에서 밀도가 서로 상이하며, 제 2 알루미늄 합금 폼의 표면부(As)와 중심부(Ac)에서 세라믹 중공 소재의 장폭와 단폭의 비율인 형상비도 서로 상이함을 확인할 수 있다. 구체적으로, 제 2 알루미늄 합금 폼의 밀도는 중심부(Ac) 보다 표면부(As)에서 상대적으로 더 높으며, 상기 세라믹 중공 소재의 장폭와 단폭의 비율인 형상비는 상기 제 2 알루미늄 합금 폼의 중심부(Ac) 보다 표면부(As)에서 상대적으로 더 큼을 확인할 수 있다. Referring to Table 4 and FIG. 10, the comparative examples have the same density in the surface portion (As) and the central portion (Ac) of the first aluminum alloy foam, and the surface portion (As) and the central portion (Ac) of the first aluminum alloy foam It can be seen that the aspect ratio, which is the ratio of the long width and the short width of the hollow ceramic material, is the same. On the contrary, the embodiments have different densities in the surface portion (As) and the central portion (Ac) of the second aluminum alloy foam, and the ceramic hollow material is formed in the surface portion (As) and the central portion (Ac) of the second aluminum alloy foam. It can be seen that the aspect ratio, which is the ratio of the long width and the short width, is also different from each other. Specifically, the density of the second aluminum alloy foam is relatively higher in the surface portion (As) than in the central portion (Ac), and the aspect ratio, which is the ratio of the long width and the short width of the ceramic hollow material, is the central portion (Ac) of the second aluminum alloy foam. It can be seen that it is relatively larger in the surface portion (As).

표 5를 참조하면, 비교예들은 제 1 알루미늄 합금 폼의 표면부(As)와 중심부(Ac)에서 경도가 동일함에 반하여, 실시예들은 제 2 알루미늄 합금 폼의 표면부(As)와 중심부(Ac)에서 경도가 서로 상이함을 확인할 수 있다. 구체적으로, 제 2 알루미늄 합금 폼의 경도는 중심부(Ac) 보다 표면부(As)에서 상대적으로 더 높음을 확인할 수 있다. 나아가, 동일한 마그네슘 함량과 세노스피어 부피 분율의 조건 하에서, 비교예에 따른 제 1 알루미늄 합금 폼 보다 실시예에 따른 제 2 알루미늄 합금 폼에서 마찰계수가 현저히 낮으며, 마모율도 대부분 낮음을 확인할 수 있다.Referring to Table 5, the comparative examples have the same hardness in the surface portion (As) and the central portion (Ac) of the first aluminum alloy foam, whereas the examples are the surface portion (As) and the central portion (Ac) of the second aluminum alloy foam. ), it can be seen that the hardness is different from each other. Specifically, it can be seen that the hardness of the second aluminum alloy foam is relatively higher in the surface portion (As) than in the center portion (Ac). Further, it can be seen that under the conditions of the same magnesium content and cenosphere volume fraction, the friction coefficient is significantly lower in the second aluminum alloy foam according to the embodiment than the first aluminum alloy foam according to the comparative example, and the wear rate is also mostly low.

요컨대, 표 4에 의하면 판재 내부는 밀도가 낮고 표면부는 밀도가 높은 경사밀도 알루미늄 합금 폼 제조가 가능함을 확인할 수 있으며, 표 5에 의하면 경사 밀도 알루미늄 합금 폼 판재는 우수한 표면경도와 낮은 마모율 및 월등히 낮은 마찰계수를 확보할 수 있음을 알 수 있다. In short, according to Table 4, it can be confirmed that it is possible to manufacture an inclined-density aluminum alloy foam with a low density inside the plate and a high density on the surface. It can be seen that the coefficient of friction can be secured.

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 of ordinary skill in the art will appreciate 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
100 : 제 1 알루미늄 합금 폼
150 : 압연롤
200 : 제 2 알루미늄 합금 폼10: aluminum alloy molten metal
15: aluminum alloy base
20: magnesium alloy
30: ceramic hollow material
40: reaction layer
70: melting furnace
80: stirrer
90: mold
100: first aluminum alloy foam
150: rolling roll
200: second aluminum alloy foam

Claims (10)

마그네슘을 함유하는 알루미늄 합금 기지; 및
상기 알루미늄 합금 기지 내에 분산된 세라믹 중공 소재;를 포함하는 알루미늄 합금 폼이며,
상기 알루미늄 합금 기지 및 상기 세라믹 중공 소재가 서로 접하는 계면에는 마그네슘-알루미늄 복합 산화물을 포함하는 반응층이 형성되되,
상기 알루미늄 합금 폼의 밀도는 중심부 보다 표면부에서 상대적으로 더 높은 것을 특징으로 하는,
알루미늄 합금 폼.Aluminum alloy base containing magnesium; And
It is an aluminum alloy foam comprising a; ceramic hollow material dispersed in the aluminum alloy matrix,
A reaction layer including a magnesium-aluminum composite oxide is formed at an interface where the aluminum alloy matrix and the ceramic hollow material are in contact with each other,
The density of the aluminum alloy foam is characterized in that relatively higher in the surface portion than in the center,
Aluminum alloy foam. 제 1 항에 있어서,
상기 알루미늄 합금 폼의 경도는 중심부 보다 표면부에서 상대적으로 더 높은 것을 특징으로 하는,
알루미늄 합금 폼.The method of claim 1,
The hardness of the aluminum alloy foam is characterized in that relatively higher in the surface portion than in the center,
Aluminum alloy foam. 제 1 항에 있어서,
상기 세라믹 중공 소재의 장폭와 단폭의 비율인 형상비는 상기 알루미늄 합금 폼의 중심부 보다 표면부에서 상대적으로 더 큰 것을 특징으로 하는,
알루미늄 합금 폼.The method of claim 1,
The aspect ratio, which is the ratio of the long width and the short width of the hollow ceramic material, is relatively larger in the surface portion than in the center portion of the aluminum alloy foam,
Aluminum alloy foam. 제 1 항에 있어서,
상기 마그네슘의 함량은 2.0 wt% 내지 8.0 wt% 인,
알루미늄 합금 폼.The method of claim 1,
The content of magnesium is 2.0 wt% to 8.0 wt%,
Aluminum alloy foam. 제 1 항에 있어서,
상기 세라믹 중공 소재는 125 ㎛ 내지 500 ㎛의 입도 범위를 가지며,
상기 세라믹 중공 소재의 함량은 20 Vol.% 내지 50 Vol.% 인,
알루미늄 합금 폼.The method of claim 1,
The ceramic hollow material has a particle size range of 125 μm to 500 μm,
The content of the ceramic hollow material is 20 Vol.% to 50 Vol.%,
Aluminum alloy foam. 제 1 항에 있어서,
상기 알루미늄 합금 기지는 실리콘을 더 함유하되,
상기 알루미늄 합금 기지 내의 실리콘의 함량은 1.0 wt% 미만인,
알루미늄 합금 폼.The method of claim 1,
The aluminum alloy base further contains silicon,
The content of silicon in the aluminum alloy matrix is less than 1.0 wt%,
Aluminum alloy foam. 마그네슘을 함유하는 알루미늄 합금 기지; 및 상기 알루미늄 합금 기지 내에 분산된 세라믹 중공 소재;를 포함하며, 상기 알루미늄 합금 기지 및 상기 세라믹 중공 소재가 서로 접하는 계면에는 마그네슘-알루미늄 복합 산화물을 포함하는 반응층이 형성된, 제 1 알루미늄 합금 폼을 제공하는 단계;
상기 제 1 알루미늄 합금 폼을 가열하여 표면부가 중심부 보다 온도가 더 높도록 유지한 상태에서 압연하여 제 2 알루미늄 합금 폼을 형성하는 단계;
를 포함하는,
알루미늄 합금 폼의 제조방법.Aluminum alloy base containing magnesium; And a ceramic hollow material dispersed in the aluminum alloy matrix, wherein a reaction layer including a magnesium-aluminum composite oxide is formed at an interface where the aluminum alloy matrix and the ceramic hollow material are in contact with each other, providing a first aluminum alloy foam Step to do;
Heating the first aluminum alloy foam to form a second aluminum alloy foam by rolling it while maintaining the surface portion at a temperature higher than the center portion;
Containing,
Manufacturing method of aluminum alloy foam. 제 7 항에 있어서,
상기 제 2 알루미늄 합금 폼을 형성하는 단계는 상기 알루미늄 합금 기지의 고액 공존 온도까지 상기 제 1 알루미늄 합금 폼을 가열한 상태에서 압연하는 단계를 포함하는,
알루미늄 합금 폼의 제조방법.The method of claim 7,
The forming of the second aluminum alloy foam includes rolling the first aluminum alloy foam in a heated state to a solid-liquid coexistence temperature of the aluminum alloy matrix,
Manufacturing method of aluminum alloy foam. 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 알루미늄 합금 폼은 마그네슘: 2.0 wt% 내지 8.0 wt%, 실리콘: 0 초과 1 wt% 이하 및 잔부가 알루미늄으로 이루어지며,
상기 제 2 알루미늄 합금 폼을 형성하는 단계는 상기 제 1 알루미늄 합금 폼을 530 내지 630℃ 범위에서 가열한 상태에서 압연하는 단계를 포함하는,
알루미늄 합금 폼의 제조방법.The method of claim 7,
The first aluminum alloy foam is composed of magnesium: 2.0 wt% to 8.0 wt%, silicon: more than 0 and 1 wt% or less, and the remainder of aluminum,
The step of forming the second aluminum alloy foam comprises rolling the first aluminum alloy foam in a heated state in the range of 530 to 630 °C,
Manufacturing method of aluminum alloy foam. 제 7 항에 있어서,
상기 제 2 알루미늄 합금 폼을 형성하는 단계는 상기 제 1 알루미늄 합금 폼을 5 ~ 25%의 압하율로 압연하는 단계를 포함하는,
알루미늄 합금 폼의 제조방법.
The method of claim 7,
The step of forming the second aluminum alloy foam comprises rolling the first aluminum alloy foam at a reduction ratio of 5 to 25%,
Manufacturing method of aluminum alloy foam.

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