WO2014109624A1 - 다이캐스팅용 알루미늄합금 및 이의 제조방법 - Google Patents

다이캐스팅용 알루미늄합금 및 이의 제조방법 Download PDF

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WO2014109624A1
WO2014109624A1 PCT/KR2014/000409 KR2014000409W WO2014109624A1 WO 2014109624 A1 WO2014109624 A1 WO 2014109624A1 KR 2014000409 W KR2014000409 W KR 2014000409W WO 2014109624 A1 WO2014109624 A1 WO 2014109624A1
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WO
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aluminum alloy
die
die casting
magnesium
aluminum
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PCT/KR2014/000409
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English (en)
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Inventor
박태광
정상수
정윤철
Original Assignee
주식회사 케이에이치바텍
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D21/00—Casting non-ferrous metals or metallic compounds so far as their metallurgical properties are of importance for the casting procedure; Selection of compositions therefor
    • B22D21/002—Castings of light metals
    • B22D21/007—Castings of light metals with low melting point, e.g. Al 659 degrees C, Mg 650 degrees C
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D21/00—Casting non-ferrous metals or metallic compounds so far as their metallurgical properties are of importance for the casting procedure; Selection of compositions therefor
    • B22D21/02—Casting exceedingly oxidisable non-ferrous metals, e.g. in inert atmosphere
    • B22D21/04—Casting aluminium or magnesium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent

Definitions

  • the present invention relates to an aluminum alloy for die casting and a method of manufacturing the same, wherein silicon (Si), copper (Cu), iron (Fe), zinc (Zn), magnesium (Mg) and manganese (Mn)
  • the present invention relates to a die-casting aluminum alloy and a method of manufacturing the same, in which strength and elongation are added, and nickel (Ni), which is a noxious element, is not added to have affinity and fine grain size to maximize the surface treatment effect.
  • Aluminum is a silver-white soft metal, which is made of thin foil or wire because of its malleability and ductility, and its properties vary depending on the purity. It is an electrically conductive material and is a typical light metal in terms of specific gravity. It is often used as a material for wires.
  • aluminum is used as a major material for aircraft, ships and vehicles because of its light and durable characteristics, and easily reacts with oxygen, but after the oxide film is formed, the film is blocked from contact with oxygen, so it does not rust well and is polished. This is often used for parts that need to last long.
  • the aluminum material may be formed by applying plastic processing such as forging / extrusion / rolling to increase strength through aging heat treatment.
  • the die casting process is suitable for electronic products which require precise dimensions and are mainly for mass production.
  • ALDC12 and AZ91D which are used for exterior parts of electronic components, are used in the die casting process.
  • 1 is a table describing the content of each component of the ALDC12 and AZ91D.
  • ALDC12 alloy has a low yield strength of 165 MPa and a tensile strength of 331 MPa
  • AZ91D alloy has a lower yield strength of 150 MPa and tensile strength of 230 MPa. have.
  • the ZA27 alloy has a yield strength of 365 MPa and a yield strength of 426 MPa, which is satisfactory in terms of strength, but has a specific gravity of 5 g / cc, which is nearly twice the weight of a general aluminum alloy, and thus has a problem against the hardening trend.
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2010-0041532 discloses a high-strength aluminum alloy for die casting in which the strength is enhanced while maintaining the specific gravity of aluminum.
  • the disclosed patent comprises 5 to 9% zinc, 1 to 2% copper, 0.05 to 0.2% titanium, and aluminum balance.
  • Korean Patent Publication No. 2012-0020406 discloses 0.35 to 0.5 wt% of silicon (Si), 0.55 to 0.9 wt% of magnesium (Mg), and copper in order to provide a good castability of aluminum and zinc alloys while maintaining high strength without heat treatment.
  • An alloy consisting of 0.03 to 0.05 wt%, other impurities 0.05 wt% max and balance aluminum is disclosed.
  • An object of the present invention is to solve the conventional problems as described above, and more specifically, to aluminum (Al), silicon (Si), copper (Cu), iron (Fe), zinc (Zn), magnesium (Mg) ), To increase the strength and elongation by adding manganese (Mn), to the aluminum alloy for die-casting and a method of manufacturing the same to add a harmful element nickel (Ni) to have affinity and to maximize the surface treatment effect. have.
  • Another object of the present invention is to provide an environmentally friendly die-cast aluminum alloy and its manufacturing method so that no harmful elements are included.
  • Die-casting aluminum alloy according to the present invention for achieving the above object, by weight% 8.5 to 10.5% silicon (Si), 2.0 to 3.7% copper (Cu), 1.0% or less iron (Fe) And 1.0-5.0% zinc (Zn), 0.6-1.0% magnesium (Mg), 0.4% or less manganese (Mn), balance aluminum (Al) and other unavoidable impurities It is characterized by.
  • Magnesium (Mg) is characterized in that it is added using a magnesium (Mg) -calcium (Ca) master alloy.
  • the method for producing a die-cast aluminum alloy according to the present invention includes a melting step of dissolving aluminum and an aluminum master alloy in a melting furnace, and adding a magnesium-calcium mother alloy to the melting furnace by weight to 8.5 to 10.5% of silicon (Si) and , 2.0-3.7% copper (Cu), 1.0% or less iron (Fe), 1.0-5.0% zinc (Zn), 0.6-1.0% magnesium (Mg), 0.4% or less manganese ( And a completion step of completing a die casting aluminum alloy including Mn) and the remaining aluminum (Al) and other unavoidable impurities.
  • the die casting aluminum alloy is characterized in that it has a re-dissolution temperature of 700 ⁇ 750 °C.
  • silicon (Si), copper (Cu), iron (Fe), zinc (Zn), magnesium (Mg), manganese (Mn) were added to aluminum (Al), and nickel (Ni) was not included.
  • the formability is improved to a fine grain size has the advantage of maximizing the surface treatment effect, such as painting and plating.
  • 1 is a table showing the content of each component of the aluminum alloy according to the prior art.
  • Figure 2 is a real photograph of a product produced by die casting aluminum alloy for die casting according to the present invention.
  • Figure 3 is a real photograph subjected to plating and painting on the die-casting aluminum alloy according to the present invention.
  • Figure 5 is a table showing the content of each component of the die-casting aluminum alloy and Comparative Example of a preferred embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a table showing the strength and elongation measured for the die-casting aluminum alloy and the comparative example of a preferred embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a microstructure photograph of the die-casting aluminum alloy and comparative example of a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a process flowchart showing a method of manufacturing an aluminum alloy for die casting according to the present invention.
  • FIG. 2 is a real picture of a product produced by die casting the aluminum alloy for die casting according to the present invention
  • FIG. 3 is a real picture of plating and painting on the die casting aluminum alloy according to the present invention.
  • the die-cast aluminum alloy according to the present invention has been developed to be excellent in formability in die casting operations, and to form a highly reliable plating layer and a coating layer 20 in plating and painting processes.
  • a product having a thin thickness can be molded well without cracks or unfilled, and the plating layer 10 and the coating layer 20 can be formed as shown in FIG. 3.
  • Figure 4 is a real picture of the product manufactured by the die casting process using a comparative example, it was confirmed that the cracking occurs in the inner bottom surface is low castability.
  • Figure 5 is a table showing the content of each component of the die-casting aluminum alloy and Comparative Example of a preferred embodiment of the present invention.
  • the die-casting aluminum alloy according to the present invention is added to silicon (Si), copper (Cu), iron (Fe), zinc (Zn), magnesium (Mg), manganese (Mn) And nickel (Ni) was configured to not be included.
  • the die casting aluminum alloy is 8.5% to 10.5% of silicon (Si), 2.0% to 3.7% of copper (Cu), 1.0% or less of iron (Fe), and 1.0% to 5.0% by weight.
  • Zinc (Zn) 0.6-1.0% magnesium (Mg), 0.4% or less of manganese (Mn) and the balance aluminum (Al) and other unavoidable impurities.
  • the comparative example shown in Figure 5 is configured so that any one of the main components of the aluminum alloy copper (Cu), zinc (Zn), magnesium (Mg), manganese (Mn).
  • silicon (Si) improves the flowability of the molten metal and lowers the melting point, thereby increasing the castability of the aluminum alloy during the die casting process.
  • the lower melting point of the silicon (Si) to improve the productivity and improve the castability it is included in the 8.5 to 10.5% of the total weight of the aluminum alloy. If more than 10.5% by weight of silicon (Si) is added, the amount of primary silicon (Si) is gradually increased to reduce the elongation, thereby increasing the brittleness of the product, the application of the die-casting process of electronic products having a thin thickness is not suitable.
  • the primary silicon (Si) is to act as a reinforcing material such as a composite material, while increasing the strength and hardness of the aluminum alloy but increases the brittleness.
  • Copper (Cu) is dissolved in the aluminum alloy to improve the strength and increase the machinability, and when added to exceed 3.7% by weight relative to the total weight of the aluminum alloy, the properties are lowered and the specific gravity increases, so it is included below 3.7% by weight. This is preferred.
  • Manganese (Mn) is included in less than 0.4% by weight and has the effect of increasing the corrosion resistance. However, if the content of manganese (Mn) exceeds 0.4% by weight is not preferable because the fluidity of the aluminum alloy is lowered to form coarse precipitates.
  • Magnesium (Mg) is dissolved in the addition of the aluminum alloy to improve the strength and in the embodiment of the present invention is included 0.6 ⁇ 1.0% by weight.
  • magnesium (Mg) causes oxidation on the surface of the molten metal, the content of magnesium in the molten metal is gradually reduced.
  • magnesium (Mg) -calcium (Ca) was added using a master alloy.
  • Iron (Fe) plays an excellent role in preventing the squeeze of the mold, but if included in excess of 1.0% by weight will cause problems such as corrosion, it is preferably included in the content of 1.0% by weight or less.
  • Zinc (Zn) is a component having the effect of increasing the strength of the aluminum alloy and improving fluidity and corrosion resistance.
  • zinc (Zn) is included 1.0 to 5.0% by weight. That is, zinc (Zn) is preferably added so as not to exceed 5.0% by weight since the specific gravity is increased when the addition amount is increased and the strength is not improved.
  • Figure 6 is a table showing the strength and elongation measured for the die-casting aluminum alloy and the comparative example of a preferred embodiment of the present invention.
  • the aluminum alloy according to the present invention has a tensile strength of 266 ⁇ 363 MPa, a yield strength of 243 ⁇ 266 MPa and a break elongation of 0.6 ⁇ 2.2%.
  • Figure 8 is a table showing the grain size of the die casting aluminum alloy and a comparative example of a preferred embodiment of the present invention.
  • the aluminum alloy prepared according to the preferred embodiment of the present invention has a fine grain size, whereas the aluminum alloy of the comparative example has a coarse grain size as compared with the embodiment.
  • the finer the grain size of the aluminum alloy the better the fluidity of the alloy is possible to manufacture a die-casting product having excellent surface conditions.
  • the aluminum alloy prepared according to the preferred embodiment of the present invention has an average cast grain size of 4.7 ⁇ m or less
  • the aluminum alloy of the comparative example has a relatively large average cast grain size.
  • Figure 10 is a result of the reliability test for the coating layer 20 formed in the preferred embodiment of the present invention.
  • Vibration abrasion test was performed for 60 minutes on the molded article formed with the plating layer 10 shown on the right side of FIG. 3 as shown in FIG. 9, but no damage to the surface occurred, and after peeling off the tape for 5 minutes after X-cut, At this time, no peeling of the plating layer 10 occurred.
  • the RCA wear test was performed by applying a load of 275 g 33 times per minute to the molded article on which the coating layer 20 shown on the left side of FIG. 3 was formed.
  • FIG. 11 is a process flowchart showing a method of manufacturing an aluminum alloy for die casting according to the present invention.
  • the method for producing a die-casting aluminum alloy according to the present invention includes dissolving aluminum and an aluminum master alloy in a melting furnace (S100), and adding a magnesium-calcium master alloy to the melting furnace to complete the die-casting aluminum alloy. Completion step (S200) is made.
  • the die casting aluminum alloy made in the completion step (S200) is 8.5% to 10.5% of silicon (Si), 2.0 to 3.7% of copper (Cu), 1.0% or less of iron (Fe), and 1.0 to It is composed of 5.0% zinc (Zn), 0.6 ⁇ 1.0% magnesium (Mg), 0.4% or less manganese (Mn), balance aluminum (Al) and other unavoidable impurities, 700 ⁇ It has a remelting temperature of 750 ° C.
  • the die casting is to be performed using the aluminum alloy, it is preferable to tap water in accordance with a temperature range of 660 to 700 ° C.
  • the temperature of the die casting mold is preferably 250 to 300 ° C.
  • the present invention is the addition of silicon (Si), copper (Cu), iron (Fe), zinc (Zn), magnesium (Mg), manganese (Mn) to aluminum (Al) of the die casting aluminum alloy with improved strength and elongation Manufacturing is possible.
  • Ni nickel
  • it not only has eco-friendliness but also has a fine grain size, so that the surface treatment effect can be maximized and can be applied to exterior parts.

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Abstract

본 발명에 의한 다이캐스팅용 알루미늄합금은, 중량%로 8.5~10.5%의 실리콘(Si)과, 2.0~3.7%의 구리(Cu)와, 1.0% 이하의 철(Fe)과, 1.0~5.0%의 아연(Zn)과, 0.6~1.0%의 마그네슘(Mg)과, 0.4%이하의 망간(Mn) 및 잔부(殘部)인 알루미늄(Al) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

Description

다이캐스팅용 알루미늄합금 및 이의 제조방법
본 발명은 다이캐스팅용 알루미늄합금 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 알루미늄(Al)에 실리콘(Si), 구리(Cu), 철(Fe), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 망간(Mn)을 첨가하여 강도 및 연신율을 높이고, 유해원소인 니켈(Ni)을 미첨가하여 친환성성을 가지며, 미세한 결정립 크기를 갖도록 함으로써 표면처리 효과가 극대화되도록 한 다이캐스팅용 알루미늄합금 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 IT 기술이 급격히 발달함에 따라 전자제품, 특히 휴대폰의 슬림화, 대화면화에 대한 요구가 증가하고 있으며, 이에 따라 고강도 소재에 대한 필요성이 대두되고 있다.
알루미늄은 은백색의 부드러운 금속으로 전성과 연성이 커서 얇은 박이나 철사로 제조될 수도 있고, 성질은 순도에 따라 다르며 전기적으로는 양도체이고 비중으로 보면 전형적인 경금속이며, 전성과 연성이 뛰어나고 전기 전도성이 좋아 고압 전선의 재료로 많이 사용된다.
또한, 알루미늄은 가볍고 내구성이 큰 특성을 가지므로 항공기, 선박, 차량의 주요 재료로도 사용되며, 산소와 쉽게 반응하지만 산화 피막이 형성된 후에는 피막에 의해 산소와의 접촉이 차단되어 녹이 잘 슬지 않아 광택이 오래 지속될 필요가 있는 부분에 많이 사용된다.
그리고, 알루미늄 소재는 단조/압출/압연 등의 소성가공을 적용하여 성형한 후 시효 열처리를 통해 강도를 상승시킬 수 있다.
그러나, 전자제품의 경우 정밀한 치수를 유지해야만 하는데 이러한 소성가공을 적용시에 추가적인 기계가공 공정이 필요하게 되어 단가 상승 문제가 발생하게 된다. 따라서 정밀한 치수가 요구되고 대량생산 위주인 전자제품의 경우에는 다이캐스팅 공정이 적합하다고 할 수 있다.
이러한 다이캐스팅 공정에 사용되는 합금 중에서 전자부품의 외장품 용도로사용되는 ALDC12와 AZ91D를 예로 들 수 있다.
도 1은 상기 ALDC12와 AZ91D의 구성요소별 함량을 기재한 표이다.
그러나 ALDC12 합금은 165㎫의 낮은 항복강도와 331㎫의 인장강도를 가지며, AZ91D 합금은 더 낮은 150㎫의 항복강도와 230㎫의 인장강도를 가지므로 슬림화된 제품에 적용 가능한 강도에 이르지 못하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해소하기 위하여 ZA27 합금이 개발되었다.
ZA27 합금은 365㎫의 항복강도와 426㎫의 항복강도를 나타내어 강도면에서는 만족하나, 비중이 5g/cc로 일반 알루미늄 합금의 두 배에 가까운 무게를 가지므로 경화화 추세에 역행하는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허 제 10-2010-0041532호에는 알루미늄의 비중을 유지하면서 강도를 강화시킨 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금이 개시되어 있다.
상기 공개특허는 중량%로 아연 5~9%, 구리 1~2%, 타이타늄 0.05~0.2% 및 잔부인 알루미늄을 포함하여 구성된다.
그러나, 120℃에서 24시간 이상 시효처리를 해야만 350㎫ 이상의 인장강도를 갖게 되므로 생산성이 저하되고 제조원가를 급격하게 상승시키게 되는 등 문제점이 있다.
대한민국 공개특허 제2012-0020406호에는 열처리를 하지 않고도 고강도를 유지하면서 주조성이 좋은 알루미늄과 아연 합금을 제공하기 위하여 실리콘(Si) 0.35~0.5wt%, 마그네슘(Mg) 0.55~0.9 wt%, 구리(Cu) 2.0~2.1 wt%, 아연(Zn) 19.5~40.5 wt%, 철(Fe) 0.6 wt% max, 망간(Mn) 0.2 wt% max, 니켈(Ni) 0.05 wt% max, 티타늄(Ti) 0.03~0.05 wt%, 기타 불순물 0.05 wt% max 및 잔부 알루미늄으로 이루어지는 합금이 개시된다.
그러나 근래에는 전자제품 적용 소재의 친환경 및 인체유해성에 대한 규제가 높아지고 있으며, 니켈, 납, 베릴륨, 코발트 등의 유해원소에 대하여 사용이 금지되고 있는 추세이다.
대한민국 공개특허 제10-2007-0091669호에 개시된 알루미늄 합금의 경우 강도를 향상시키긴 하였으나 유해물질인 니켈(Ni)이 1.5wt.% 이하 포함되어 있어 친환경소재와는 거리가 멀다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 보다 상세하게는, 알루미늄(Al)에 실리콘(Si), 구리(Cu), 철(Fe), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 망간(Mn)을 첨가하여 강도 및 연신율을 높이고, 유해원소인 니켈(Ni)을 미첨가하여 친환성성을 가지며, 표면처리 효과가 극대화되도록 한 다이캐스팅용 알루미늄합금 및 이의 제조방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 유해 원소가 포함되지 않도록 하여 친환경적인 다이캐스팅용 알루미늄합금 및 이의 제조방법을 제공하는 것에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 다이캐스팅용 알루미늄합금은, 중량%로 8.5~10.5%의 실리콘(Si)과, 2.0~3.7%의 구리(Cu)와, 1.0% 이하의 철(Fe)과, 1.0~5.0%의 아연(Zn)과, 0.6~1.0%의 마그네슘(Mg)과, 0.4%이하의 망간(Mn) 및 잔부(殘部)인 알루미늄(Al) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
4.7㎛ 이하의 평균 주조립크기를 갖는 것을 특징으로 한다.
266 ~ 363 ㎫의 인장강도를 갖는 것을 특징으로 한다.
243 ~ 266㎫의 항복강도를 갖는 것을 특징으로 한다.
0.6 ~ 2.2%의 파단연신율을 갖는 것을 특징으로 한다.
마그네슘(Mg)은 마그네슘(Mg)-칼슘(Ca) 모합금을 사용하여 첨가됨을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 다이캐스팅용 알루미늄합금의 제조방법은, 알루미늄 및 알루미늄 모합금을 용해로에서 용해하는 용해단계와, 용해로에 마그네슘-칼슘 모합금을 첨가하여 중량%로 8.5~10.5%의 실리콘(Si)과, 2.0~3.7%의 구리(Cu)와, 1.0% 이하의 철(Fe)과, 1.0~5.0%의 아연(Zn)과, 0.6~1.0%의 마그네슘(Mg)과, 0.4%이하의 망간(Mn) 및 잔부(殘部)인 알루미늄(Al) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 구성되는 다이캐스팅용 알루미늄합금을 완성하는 완성단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 다이캐스팅용 알루미늄합금은 700 ~ 750℃의 재용해온도를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 알루미늄(Al)에 실리콘(Si), 구리(Cu), 철(Fe), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 망간(Mn)을 첨가하고 니켈(Ni)은 미포함되도록 구성하였다.
따라서, 강도 및 연신율이 향상되고 유해원소의 미첨가로 인해 친환경성을 가지는 이점이 있다.
또한, 미세한 결정립 크기로 성형성이 개선되어 도장 및 도금 등의 표면처리 효과가 극대화되는 이점이 있다.
도 1 은 종래기술에 의한 알루미늄합금의 구성요소별 함량을 나타낸 표.
도 2 는 본 발명에 의한 다이캐스팅용 알루미늄합금을 다이캐스팅으로 생산한 제품의 실물 사진.
도 3 은 본 발명에 의한 다이캐스팅용 알루미늄합금에 도금 및 도장을 실시한 실물 사진.
도 4 는 비교예를 이용하여 다이캐스팅 공정으로 제조된 제품의 실물 사진.
도 5 는 본 발명의 바람직한 실시예의 다이캐스팅용 알루미늄합금 및 비교예의 구성요소별 함량을 나타낸 표.
도 6 은 본 발명의 바람직한 실시예의 다이캐스팅용 알루미늄합금 및 비교예에 대하여 측정한 강도 및 연신율을 나타낸 표.
도 7 은 본 발명의 바람직한 실시예의 다이캐스팅용 알루미늄합금 및 비교예의 미세조직사진.
도 8 은 본 발명의 바람직한 실시예의 다이캐스팅용 알루미늄합금 및 비교예의 결정립 크기를 나타낸 표.
도 9 는 본 발명의 바람직한 실시예에 형성된 도금층에 대한 신뢰성 실험 결과.
도 10 은 본 발명의 바람직한 실시예에 형성된 도장층에 대한 신뢰성 실험 결과.
도 11 은 본 발명에 의한 다이캐스팅용 알루미늄합금의 제조방법을 나타낸 공정 순서도.
이하 첨부된 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명에 의한 다이캐스팅용 알루미늄합금에 대하여 개략적으로 설명한다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2에는 본 발명에 의한 다이캐스팅용 알루미늄합금을 다이캐스팅으로 생산한 제품의 실물 사진이 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명에 의한 다이캐스팅용 알루미늄합금에 도금 및 도장을 실시한 실물 사진이 도시되어 있다.
본 발명에 의한 다이캐스팅용 알루미늄합금은 다이캐스팅 작업시에 성형성이 뛰어나고, 도금 및 도장 공정 적용시에 신뢰성 높은 도금층 및 도장층(20)의 형성이 가능하도록 개발되었다.
즉, 도 2와 같이 얇은 두께를 가지는 제품을 크랙이나 미충전 없이 양호하게 성형할 수 있으며, 도 3과 같이 도금층(10) 및 도장층(20)의 형성이 가능하다.
반면 도 4는 비교예를 이용하여 다이캐스팅 공정으로 제조된 제품의 실물 사진으로서, 내부 바닥면에 크랙이 발생하여 주조성이 낮은 것을 확인할 수 있었다.
도장층(20)과 도금층(10)의 신뢰성은 아래에서 상세히 하기로 한다.
이하 첨부된 도 5를 참조하여 상기 다이캐스팅용 알루미늄합금의 조성을 설명한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예의 다이캐스팅용 알루미늄합금 및 비교예의 구성요소별 함량을 나타낸 표이다.
도 5와 같이, 본 발명에 의한 다이캐스팅용 알루미늄합금은 알루미늄(Al)에 실리콘(Si), 구리(Cu), 철(Fe), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 망간(Mn)을 첨가하고 니켈(Ni)은 미포함되도록 구성하였다.
보다 구체적으로 살펴보면, 상기 다이캐스팅용 알루미늄합금은 중량%로 8.5~10.5%의 실리콘(Si)과, 2.0~3.7%의 구리(Cu)와, 1.0% 이하의 철(Fe)과, 1.0~5.0%의 아연(Zn)과, 0.6~1.0%의 마그네슘(Mg)과, 0.4%이하의 망간(Mn) 및 잔부(殘部)인 알루미늄(Al) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 구성된다.
반면, 도 5에 표시된 비교예는 알루미늄합금의 요부 구성인 구리(Cu), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 망간(Mn) 중 어느 하나가 미포함되도록 구성되었다.
본 발명의 알루미늄합금에서 실리콘(Si)은 용탕의 유동성을 향상시키고 융점을 낮추어 다이캐스팅 공정시에 알루미늄합금의 주조성을 높이게 된다.
실리콘(Si)의 융점을 낮춰 생산성을 향상시키고 주조성을 향상시키기 위한 구성으로, 알루미늄합금의 전체 중량에 대하여 8.5~10.5% 포함된다. 만일 10.5중량% 이상의 실리콘(Si)이 첨가되면 초정 실리콘(Si) 생성량이 점차 증가하여 연신율을 감소시키게 되므로 제품의 취성을 높이게 되어 얇은 두께를 가지는 전자제품의 다이캐스팅 공정 적용은 적합하지 않게 된다.
상기 초정 실리콘(Si)은 복합재료와 같은 강화재 역할을 수행할 수 있도록 하는 것으로, 알루미늄합금의 강도와 경도를 높이지만 취성을 높이는 작용을 한다.
구리(Cu)는 알루미늄합금에 고용되어 강도를 향상시키고 절삭성을 높이게 되며, 알루미늄합금의 전체 중량에 대하여 3.7중량%를 초과하도록 첨가하게 되면 특성이 저하되고 비중이 증가하게 되므로 3.7중량% 이하로 포함됨이 바람직하다.
망간(Mn)은 0.4중량% 이하로 포함되며 내식성을 높이는 효과를 가진다. 그러나 망간(Mn)의 함량이 0.4중량%를 초과하게 되면 알루미늄합금의 유동성이 저하되고 조대한 석출물을 형성하게 되므로 바람직하지 못하다.
마그네슘(Mg)은 알루미늄합금에 첨가시에 고용되어 강도를 향상시키게 되며 본 발명의 실시예에서는 0.6~1.0중량% 포함된다.
마그네슘(Mg)은 용탕 표면에 산화를 발생시켜 용탕 내 마그네슘의 함량이 점차 줄어들게 되므로, 본 발명의 실시예에서는 마그네슘(Mg)-칼슘(Ca) 모합금을 사용하여 첨가하였다.
철(Fe)은 금형의 소착 방지에 우수한 역할을 하나 1.0중량%를 초과하여 포함되게 되면 부식 등의 문제를 야기하게 되므로 1.0중량% 이하의 함량으로 포함됨이 바람직하다.
아연(Zn)은 알루미늄합금의 강도를 증가시키고 유동성 및 내식성을 향상시키는 효과를 가진 구성이다. 본 발명의 실시예에서 아연(Zn)은 1.0~5.0중량% 포함된다. 즉, 아연(Zn)은 첨가량이 증가시에 비중을 높이게 되고 강도의 향상은 미비하게 되므로 5.0중량%를 초과하지 않도록 첨가하는 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도 6을 참조하여 상기와 같이 구성되는 알루미늄합금의 물성을 살펴본다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예의 다이캐스팅용 알루미늄합금 및 비교예에 대하여 측정한 강도 및 연신율을 나타낸 표이다.
상기와 같은 구성의 함량에 따라 본 발명에 의한 알루미늄합금은 266 ~ 363 ㎫의 인장강도와, 243 ~ 266㎫의 항복강도 및 0.6 ~ 2.2%의 파단연신율을 갖게 된다.
도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예와 비교예의 미세 조직 및 결정립 크기를 비교하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예의 다이캐스팅용 알루미늄합금 및 비교예의 미세조직사진이고, 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예의 다이캐스팅용 알루미늄합금 및 비교예의 결정립 크기를 나타낸 표이다.
도 7과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조된 알루미늄합금은 미세한 결정립 크기를 가지는 반면, 비교예의 알루미늄합금은 실시예와 비교할 때 조대한 결정립 크기를 갖는 것을 확인할 수 있다.
알루미늄합금은 결정립이 미세할수록 합금의 유동성이 개선되어 표면 상태가 우수한 다이캐스팅 제품의 제조가 가능하게 된다.
그리고, 도 8과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조된 알루미늄합금은 4.7㎛ 이하의 평균 주조립크기를 가지며, 비교예의 알루미늄합금은 상대적으로 큰 평균 주조립 크기를 갖는다.
상기와 같은 구성을 가지는 알루미늄합금에 대하여 표면처리 신뢰성을 평가하여 도 9 및 도 10에 도시하였다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 형성된 도금층(10)에 대한 신뢰성 실험 결과이고, 도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 형성된 도장층(20)에 대한 신뢰성 실험 결과이다.
도 9와 같이 도 3의 우측에 도시된 도금층(10)이 형성된 성형품에 대하여 진동마모시험을 60분간 실시하였으나, 표면의 손상은 발생되지 않으며, X-cut 후에 5분간 테이프를 부착한 후 떼었을 때에도 도금층(10)의 박리는 발생하지 않았다.
그리고, X-cut 되어 있는 시료에 5%의 염수를 48시간 동안 분무하여 녹발생 여부를 확인하였으나 발생하지 않았다.
도 10과 같이 도 3의 좌측에 도시된 도장층(20)이 형성된 성형품에 대하여 275g의 하중을 분당 33회 가하여 RCA 마모 시험을 실시한 결과 요구 조건에 만족하였다.
그리고 도장층(20)에 대해서도 X-cut 후에 5분간 테이프를 부착한 후 떼었을 때 박리가 발생하지 않았다.
마지막으로, X-cut 되어 있는 시료에 5%의 염수를 72시간동안 분무하여 녹발생 여부를 확인하였으나 전혀 발생하지 않아 요구 조건을 충족하였다.
이하 첨부된 도 11을 참조하여 상기와 같은 다이캐스팅용 알루미늄합금을 제조하는 방법을 설명한다.
도 11은 본 발명에 의한 다이캐스팅용 알루미늄합금의 제조방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도면과 같이 본 발명에 의한 다이캐스팅용 알루미늄합금의 제조방법은, 알루미늄 및 알루미늄 모합금을 용해로에서 용해하는 용해단계(S100)와, 용해로에 마그네슘-칼슘 모합금을 첨가하여 다이캐스팅용 알루미늄합금을 완성하는 완성단계(S200)로 이루어진다.
상기 완성단계(S200)에서 만들어진 다이캐스팅용 알루미늄합금은 중량%로 8.5~10.5%의 실리콘(Si)과, 2.0~3.7%의 구리(Cu)와, 1.0% 이하의 철(Fe)과, 1.0~5.0%의 아연(Zn)과, 0.6~1.0%의 마그네슘(Mg)과, 0.4%이하의 망간(Mn) 및 잔부(殘部)인 알루미늄(Al) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 구성되며, 700 ~ 750℃의 재용해온도를 갖는다.
그리고, 상기 알루미늄합금을 이용하여 다이캐스팅을 실시하고자 할 경우에는 660~700℃의 온도 범위로 맞추어 출탕하는 것이 바람직하며, 이때 다이캐스팅 금형의 온도는 250 ~ 300℃가 바람직하다.
이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정하지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.
본 발명은 알루미늄(Al)에 실리콘(Si), 구리(Cu), 철(Fe), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 망간(Mn)을 첨가하여 강도 및 연신율이 향상된 다이캐스팅용 알루미늄합금의 제조가 가능하다.
따라서, 정밀한 치수가 요구되고 대량생산 위주인 전자제품 관련 부품의 제조에 적합한 소재를 제공할 수 있다.
또한, 유해원소인 니켈(Ni)을 미첨가하여 친환경성을 가질 뿐만 아니라, 미세한 결정립 크기를 가지므로 표면처리 효과가 극대화되어 외장 부품에 적용 가능하다.

Claims (8)

  1. 중량%로 8.5~10.5%의 실리콘(Si)과, 2.0~3.7%의 구리(Cu)와, 1.0% 이하의 철(Fe)과, 1.0~5.0%의 아연(Zn)과, 0.6~1.0%의 마그네슘(Mg)과, 0.4%이하의 망간(Mn) 및 잔부(殘部)인 알루미늄(Al) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 다이캐스팅용 알루미늄합금.
  2. 제 1 항에 있어서, 4.7㎛ 이하의 평균 주조립크기를 갖는 것을 특징으로 하는 다이캐스팅용 알루미늄합금.
  3. 제 2 항에 있어서, 266 ~ 363 ㎫의 인장강도를 갖는 것을 특징으로 하는 다이캐스팅용 알루미늄합금.
  4. 제 3 항에 있어서, 243 ~ 266㎫의 항복강도를 갖는 것을 특징으로 하는 다이캐스팅용 알루미늄합금.
  5. 제 4 항에 있어서, 0.6 ~ 2.2%의 파단연신율을 갖는 것을 특징으로 하는 다이캐스팅용 알루미늄합금.
  6. 제 5 항에 있어서, 마그네슘(Mg)은 마그네슘(Mg)-칼슘(Ca) 모합금을 사용하여 첨가됨을 특징으로 하는 다이캐스팅용 알루미늄합금.
  7. 알루미늄 및 알루미늄 모합금을 용해로에서 용해하는 용해단계와,
    용해로에 마그네슘-칼슘 모합금을 첨가하여 중량%로 8.5~10.5%의 실리콘(Si)과, 2.0~3.7%의 구리(Cu)와, 1.0% 이하의 철(Fe)과, 1.0~5.0%의 아연(Zn)과, 0.6~1.0%의 마그네슘(Mg)과, 0.4%이하의 망간(Mn) 및 잔부(殘部)인 알루미늄(Al) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 구성되는 다이캐스팅용 알루미늄합금을 완성하는 완성단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다이캐스팅용 알루미늄합금의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 다이캐스팅용 알루미늄합금은 700 ~ 750℃의 재용해온도를 갖는 것을 특징으로 하는 다이캐스팅용 알루미늄합금의 제조방법.
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