【발명의 명청】

내식성이 개선된 다이캐스팅용 알루미늉 합금

【기술분야】

본 발명은 내식성이 개선된 다이캐스팅용 알루미늄 합금에 관한 것으로서， 구체적으로 알루미눔에 특정 조성의 다양한 합금 원소를 흔합하여 다이캐스팅에 적합하게 구성된 내식성이 우수한 알루미능 합금에 관한 것이다.

【배경기술】

일반적으로 알루미능은 가버우면서 주조가 용이하며 다른 금속과 잘 합금되고 상온 및 고온가공이 용이하며， 전기 및 열의 전도성이 좋아 산업 전반에서 널리 사용되고 있다. 특히 최근에는 자동차 및 전자제품 등의 연비향상 또는 중량 절감 등을 위하여 알루미늄에 다른 금속을 흔합한 알루미늄 합금이 많이 사용된다.

통상적으로 알루미늄 합금으로 제품을 제조하는 방법은 프레스 성형에 의하여 케이스를 형성하고 케이스의 표면에 양극 산화 피막을 형성하는 것인데 이 방법에 따르면 장시간 사용하여도 손상되지 않고 미려한 색상의 표면을 갖는 케이스를 얻을 수 있으나 프레스 가공에 의해 성형할 수 없는 형상이 있기 때문에 케이스의 디자인이 제한적이라는 문제점이 있다.

따라서, 알루미늉 합금으로 제품을 제조하는 방법으로서 다이캐스팅 (d i e cast i ng) 방법이 많이 사용되는데, 다이캐스팅은 필요한 주조형상에 맞추어 정확하게 기계가공된 금형에 용융금속을 주입하여 금형과 똑같은 주물을 얻는 정밀주조법이다. 이오ᅡ 같은 다이캐스팅 방법에 따르면， 생산되는 제품의 치수가 정확하므로 다등질할 필요가 거의 없고 기계적 성질이 우수하며, 대량생산이 가능하고 생산 비용이 저령하기 때문에 높은 양산성을 가지고 자동차부품， 전기기기, 광학기기， 계측기 등 여러 분야에서 가장 많이 이용되고 있는 실정이다.

현재 널리 사용되고 있는 다이캐스팅용 알루미늉 합금으로는 주조성이 우수한 ALDC 3종， ALDC 10종, ALDC 12종 등의 A卜 S i계 합금과 ALDC 5종 흑은 ALDC 6종 등의 A卜 Mg계 합금이 사용되어 왔다. 그러나 이들 알루미늄 다이캐스팅재는 내식성이 열악하기 때문에 적용 범위의 확대에 제약이 따른다. 이러한 열악한 내식성을 개선하기 위해， 물리적 증착법을 이용하여 합금 표면에 보호피막을 형성시키는 방법이 있으나 이 방법은 진공 장비 등의 고가의 부대장비를 필요로 하고 재활용도 어렵다는 문제가 있다. 또 다른 방법으로는 부식 저항성을 갖는 원소들의 이온을 합금 표면에 주입하는 이온주입법 합금 표면에 레이저를 주사하여 표면층에 준안정성 상태를 형성시키는 레이저 어닐링법 등이 있으나 전자는 이온주입 깊이에 제한이 있어서 사용중에 이온주입층이 손상되면 부식저항성이 급격히 저하되는 문제점이 있고 후자는 처리과정 중에 제품의 크기가 변하므로 별도의 기계 가공을 필요로 하는 단점이 있다.

따라서， 가볍고 내구성이 우수한 알루미늉 합금으로 다양한 형상의 제품을 용이하게 성형할 수 있고， 동시에 제품 표면의 후처리 공정을 거치지 않더라도 종래보다 우수한 내식성을 갖는 새로운 다이캐스팅용 알루미늉 합금의 개발이 요구된다.

이에， 본 발명자는 순알루미 s에 Si, Fe, Cu, Mn, Mg, Cr, Νί, Zn, Ti, Pb, Be, Co, Sn 등의 다양한 합금 원소를 일정량씩 흔합하여 각 성분특성으로 인하여 알루미능 합금의 물성은 유지하면서도 가볍고 내식성을 개선할 수 있는 방법을 찾기 위해 예의 노력한 결고ᅡ， 종래의 아노다이징 (anodizing)과 같은 별도의 표면처리 공정을 거치지 않아도 종래 다이캐스팅 알루미늉 합금보다도 내식성이 개선되고 성형품의 무게를 크게 줄일 수 있는 합금 조성 및 최적의 조성비를 발견하고 본 발명을 완성하였다.

【발명의 상세한 설명】

【기술적 고ᅡ제】

본 발명은 알루미능에 마그네 s, 규소， 철， 망간， 구리 및 티타늉을 합금시켜서 별도의 표면처리 공정이 없이도 내식성을 개선시킬 수 있는 다이캐스팅용 알루미늉 합금을 제공한다.

본 발명은 또한 제품의 경량화와 고내식성을 동시에 요구하는 전자 또는 통신용 기기 제작을 위한 다이캐스팅용 알루미늉 합금을 제공한다.

【기술적 해결방법】 - 본 발명의 일 양태로서， 본 발명은 마그네승 (Mg) 6 내지 8.5 중량 ⁰ / ₀ ， 규소 (Si) 4 내지 6 중량 %， 철 (Fe) 0.4 내지 0.8 중량 %, 망간 (Mn) 0.2 내지 0.5 중량 ⁰ /으 구리 (Cu) 0.01 내지 0.1 중량 ⁰ / ₀ ， 티타늄 (Τί) 0.05 내지 0.15 중량 ⁰ / ₀ 및 잔량의 알루미 s(AI)을 포항하는 다이캐스팅용 알루미능 합금을 제공한다.

또한， 상기 다이캐스팅용 알루미늉 합금은 버1릴름 (Be) 및 코발트 (Co)로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상을 0.001 내지 0.01 중량 %로 더 포항할 수 있다.

본 발명은 또한 상기 다이캐스팅용 알루미 s 합금으로 제조된 주파수 필터(케이스)를 제공한다.

본 발명은 또한 마그네승 (Mg) 6 내지 8.5 중량 %, 규소 (Si) 4 내지 6 중량 %， 철 (Fe) 0.4 내지 0.8 중량 %, 망간 (Mn) 0.2 내지 0.5 중량 ⁰ / ₀ , 구리 (Cu) 0.01 내지 0. 1 중량 %， 티타늄 (Ti ) 0.05 내지 0. 15 중량 %， 및 잔량의 알루미늄 (A I )으로 구성된 잉곳 제조 단계; 상기 잉곳을 용탕으로 용해시키는 용해 단계; 및 상기 용탕을 다이캐스팅 금형을 이용하여 성형품으로 제작하는 다이캐스팅 단계를 포함하는， 내식성이 개선된 통신기기 부품의 제조방법을 제공한다.

【발명의 효고】

본 발명의 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 마그네슴 (Mg) 6 내지 8.5 중량 %, 규소 (Si ) 4 내지 6 중량 ⁰ / ₀ ， 철 (Fe) 0.4 내지 0.8 중량 %, 망간 (Mn ) 0.2 내지 0.5 중량 %， 구리 (Cu) 0.01 내지 0. 1 중량 ⁰ / ₀ , 티타늉 (T i ) 0.05 내지 0. 15 중량 %, 및 잔량의 알루미늉 (A I )으로 구성됨으로从ᅥ， 종래와 유사한 물성을 유지하면서도 상대적으로 낮은 비중으로 인해 종래 제품보다 가법고 별도의 표면 처리공정을 거치지 않아도 우수한 내식성을 가지므로 저비용으로 경량화 및 고내식성을 요구하는 항공기, 철도차량， 자동차， 전자 또는 통신기기용 부품 제작을 위한 다이캐스팅용 소재로 사용할 수 있다.

【도면의 간단한 설명】

도 1A는 본 발명에 따라 제조된 시험편에 대해 염수분무시험 조건하에서 각각 120 시간， 264 시간, 576 시간 및 774 시간 경고ᅡ 후에 아무런 표면 처리를 하지 않은 상태에서 표면 양상의 변화를 측정한 사진이다.

도 1B는 종래의 다이캐스팅용 알루미능 합금인 ALDC 3종 제품에 대해 염수분무시험 조건하에서 각각 120 시간, 264 시간， 576 시간 및 774 시간 경과 후에 아무런 표면 처리를 하지 않은 상태에서 표면 양상의 변화를 측정한 사진이다.

도 1C는 종래의 다이캐스팅용 알루미늉 합금인 ALDC 12종 제품에 대해 염수분무시험 조건하에서 각각 120 시간, 264 시간， 576 시간 및 774 시간 경고ᅡ 후에 아무런 표면 처리를 하지 않은 상태에서 표면 양상의 변화를 측정한 사진이다.

도 2는 본 발명에 따른 다이캐스팅용 알루미 H 합금의 가스에 대한 내식성을 알아본 실험 결고ᅡ를 나타낸 것이다 (상단 왼쪽: 시편 사진， 상단 오른쪽: 부식실험챔버 (We i ssᅳ WK1 1-340-40) 사진， 하단: 실험결고 ^ 사진) . 도 3은 본 발명에 따른 다이캐스팅용 알루미늄 합금을 제조하고 이를 이용하여 성형풍을 제조하는 전고ᅡ정을 나타낸 순서도이다.

【발명의 실시를 위한 형태】

본 발명의 다이캐스팅용 알루미늉 합금은 마그네슴 (Mg) 6 내지 8.5 중량 %， 규소 (Si ) 4 내지 6 중량 ⁰ / ₀ , 철 (Fe) 0.4 내지 0.8 중량 %， 망간 (Mn) 0.2 내지 0.5 중량 %, 구리 (Cu) 0.01 내지 0. 1 중량 ⁰ /。, 티타늄 (Ti ) 0.05 내지 0. 15 중량 %， 및 잔량의 알루미능 (A I )을 포함한다.

상기 합금은 극미량의 부수적인 불순물을 포함할 수 있으며 존재할 수 있는 부수적인 불순물은 B , Cr , Sn , Sr , Pb , Zn , N i , Cd , Ag , Zr , Ca, 다른 전이 금속 원소， 다른 희토류 원소 등일 수 있으며 이에 제한되지 않는다. 부수적인 불순물은 캐스팅마다 다양할 수 있으나 이들의 존재가 본 발명에 영향을 주는 것은 아니며， 바람직하게 불순울 총량은 0.01 중량 ⁰ /。 미만일 수 있다.

본 발명의 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 마그네습 (Mg)을 6 내지 8.5% 중량 %로 포항한다. 마그네슴 성분은 인장강도를 향상시킬 뿐만 아니라 S i보다 가버워서 제품의 경량화에 유리한 장점이 있다. 마그네습의 함량이 6 중량 % 미만이면 인장강도의 증가 효과를 얻을 수 없고, 마그네 s의 함량이 8.5 중량 ⁰ /。를 초과하면 내식성이 저하되고 용탕의 달라붙는 성질의 증가로 유동성을 저하시켜 작업성이 저하되는 원인이 된다.

특히， 본 발명의 알루미늉 합금은 종래 A l -S i계 합금과 비교할 때 현저히 많은 양의 마그네습을 포함하며 A卜 Mg계 합금보다도 더 많은 마그네습을 포항하는데， 상기 본 발명의 마그네습 함량은 내식성고ᅡ 작업성을 저하시키지 않으면서도 제품의 경량화라는 목적을 달성할 수 있는 조성이라는 점에서 기술적 의미가 있다. 이러한 특징 때문에 경량화와 고내식성을 동시에 요구하는 전자기기나 통신기기의 부품에 적용될 수 있으며 특히 휴대용 제품에 유리하다.

규소 (실리콘) 성분은 알루미 H 합금의 유동성을 향상시켜 성형성을 좋게 하며 경도를 향상시키는 역할을 한다. 본 발명의 다이캐스팅용 알루미늄 합금에 있어서 상기 S i의 함량은 전체 합금의 총중량을 기준으로 4 내지 6 중량 %의 범위로 청가되는 것이 바람직하다. S i 성분이 4 중량 % 미만이면 청가의 효과가 미미하고, 반면 6 중량 %를 초과하면 열팽창 계수 및 연신을이 저하되고 표면에 얼룩이 발생할 수 있다.

또한， 본 발명의 다이캐스팅용 알루미늉 합금은 철 (Fe) 0.4 내지 0.8 중량 %를 포함한다. Fe 성분은 다이캐스팅용 금형에서의 점착성을 감소시키고 금형의 침식을 저하시키는 역할을 한다. Fe 성분이 전체 합금의 총중량을 기준으로 0.4 중량 % 미만이면 주조품의 탈형성이 어렵고， 반면 0.8 중량 %를 초과하는 경우에는 알루미늄 합금의 내식성을 저하시킬 수 있다.

또한， 본 발명의 다이캐스팅용 알루미늉 합금은 망간 (Mn ) 0.2 내지 0.5 중량 %를 포함한다. Mn 성분은 합금에서 Mn-A I 6상을 석출시켜 고용강화현상과 미세석출 S의 분산을 통해 합금의 기계적 성질을 향상시키는 역할을 한다. Mn 성분이 전체 합금의 총중량을 기쭌으로 0.2 중량 % 미만이면 상기 기계적 성질의 향상이 01 01한 반면, 0.5 중량 %를 초고ᅡ하는 경우에는 점착성으로 인해 Mg와 더불어 작업성을 저하시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 구리 (Cu ) 0.01 내지 0. 1 중량 %를 포항한다. Cu 성분은 합금에서 강도 및 경도를 향상시키는 역할을 한다. Cu 성분이 합금 총중량을 기준으로 0.01 중량 % 미만이면 상기 기계적 성질의 향상이 미미한 반면, 0. 1 중량 %를 초과하는 경우에는 내식성 및 연신을을 저하시킬 수 있다.

티타 s (Ti ) 성분은 알루미늄 합금에 청가되어 결정립을 미세화시키는 역할을 하며, 본 발명의 다이캐스팅용 알루미늄 합금에 있어서 상기 Ti의 함량은 전체 합금의 총중량을 기쭌으로 0.05 내지 0. 15 중량 %의 범위로 청가되는 것이 바람직하다. Ti 성분이 0.05 중량 % 미만이연 결정립 미세화 효과를 얻을 수 없고, 반면 0. 15 중량 %를 초과하는 경우에는 연신을 저하의 원인이 된다.

이때, 전술한 알루미능, 규소, 철， 구리 및 티타늄은 순도가 99%인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 합금은 선택적으로 베릴륨 (Be) 및 코발트 (Co)로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상을 0.001 내지 0.01 중량 ⁰ /。로 더 포함할 수 있다. 상기 Be 성분은 결정립을 0I세화시키는 역할을 하며, 본 발명고ᅡ 같이 마그네 s 함량이 많은 합금에 청가될 경우 산화되는 속도를 늦춰줄 수 있으나 가격이 매우 비싼 단점이 있다. 또한， Co 성분은 청가시 합금의 기계적 강도를 높이고 금형 소착을 방지하는 역할을 할 수 있다.

다른 하나의 양태로서, 본 발명은 마그네숨 (Mg) 6 내지 8.5 중량 ⁰ /。, 규소 (S i ) 4 내지 6 중량 %， 철 (Fe) 0.4 내지 0.8 중량 ⁰ / ₀ ， 망간 (Mn ) 0.2 내지 0.5 중량 %， 구리 (Cu) 0.01 내지 0. 1 중량 ⁰ /。, 티타늄 (T i ) 0.05 내지 0. 15 중량 %, 및 잔량의 알루미늄 (A I )으로 구성된 잉곳 생산 단계; 상기 잉곳을 용탕으로 용해시키는 용해 단계; 및 상기 용탕을 다이캐스팅 금형을 이용하여 성형품으로 제작하는 다이캐스팅 단계를 포함하는, 내식성이 개선된 통신기기 부품의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 일반적인 합금제조방법에 따라 제조될 수 있다. 예를 들면, 전기로에서 순알루미늉을 용해하고 미리 제조한 다른 합금성분을 상기 순알루미늄 용탕에 투입하여 용해를 하고, 용탕 교반 및 탈가스처리를 한 후 다이캐스팅용 알루미늄 합금 잉곳을 수득하는 방법으로 제조될 수 있다. 도 3은 본 발명의 다이캐스팅용 알루미 H 합금 잉곳의 제조고ᅡ정 및 잉곳을 재용해하여 다이캐스팅 장치에 주입하고 주입된 용해울을 사출하여 냉각응고시켜서 성형품을 제조하는 전과정을 설명하기 위한 공정흐 β도이다.

상기 용해단계는 700 내지 780°C의 온도에서 이루어질 수 있으며 상기 재용해단계는 680 내지 700°C 이하의 온도에서 수행될 수 있다. 또한， 상기 사출은 상기 다이캐스팅 장치에 구비된 금형의 온도를 150°C의 은도로 예열한 후에 수행될 수 있으며， 0.4 내지 1 .2m/s의 속도와， 100 내지 120kg/cm2의 압력으로 수행될 수 있다.

본 발명의 다이캐스팅용 알루 01늉 합금은 금형에 들러붙지 않아 작업성이 용이하고 울성이 종래와 유사하게 유지되거나 우수하면서도 가볍고 내식성 또한 우수하 °로 제품의 경량화 및 고내식성을 동시에 요구하는 전자 또는 통신용 기기의 부풍을 제조하는데 적용할 수 있다. 바람직하게, 상기 통신용 기기의 부품은 주파수 필 S일 수 있다. 이러한 주파수 필터는 특정 대역의 주파수를 필터링하는 이동통신 기지국용 송수신 장비로서, 낮은 삼입손실과 높은 감쇄량이 요구될 뿐만 아니라 그 크기와 무게를 대폭 줄여서 소형화 및 경량화하는 것 또한 중요한 기술적 과제 중 하나인데 본 발명에 따른 다이캐스팅 알루미늉 합금이 그러한 요구를 만족시켜줄 수 있다. 이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시에는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시에 1 : 다이캐스팅용 알루미늉 합금의 제조 및 울성 시험

본 발명의 내식성이 우수한 다이캐스팅용 알루미늉 합금을 제조하기 위하여, 마그네슴, 규소， 철, 망간， 구리， 티타늉， 및 알루미늉의 7 종류의 성분들을 하기 표 1의 합금 조성을 갖도록 순알루 Ol s과 다른 합금원소들을 준비하여 도가니에서 약 740°C의 은도로 용해하여 용탕화하여, 용탕의 교반 및 탈가스처리를 한 후 안정화 과정을 거쳐 알루미늄 합금 잉곳을 제조하였다.

그리고， 상기 잉곳을 보온로에서 재용해하고 용랑을 69CTC의 온도로 유지한 후 공지의 방법에 따라 다이캐스팅 장치를 이용하여 금형에 투입하여 사출 및 냉각하여 도 1A에 도시된 바와 같은 염수시험용 시험편을 제조하였으며， 상기 시험편 제조시 아노다이징 과정은 거치지 않았다. 즉， 도 1A는 아무런 표면 처리를 하지 않은 상태에서 표면 양상의 변화를 측정한 사진이다.

한편, 비교예로서 ALDC 3종 및 ALDC 12종 합금 제품을 준비하였다. 비교실시예에 사용된 ALDC 12종의 구체적인 합금 조성은 표 2와 같다. 【표 1】

【표 2】

상기 시험편에 대하여 기계적 특성을 알아보기 위해 인장시험기 (SHIMADZU, AG-1)를 이용하여 KS B 0802에 따라 상온에서 인장강도를 측정하였으며， 상기 본 발명의 시험편 및 비교실시 0 ALDC12J)의 시험편의 인장강도는 각각 101 MPa와 116 MPa로서 비슷한 수준의 고강도로 나타났다. 한편, 열적 특성을 알아보기 위해 열 창시험기를 이용하여 ASTM E 1461에 따라 축정한 열전도성은 99 W/m- K로서 일반적인 ALDC12.1의 기쭌치인 96.2 W/m-K보다 약간 높게 나타났으며， 전기적 특성을 알아보기 위해 저저항미 EUMitsubish, MCP-T610)을 이용하여 ASTM D 991에 따라 전기저항를을 측정한 결과 1.07x 10— hm-cm로서 일반적인 ALDC12.1의 기준치인 0.75 10 ^"5 ohm-cm 보다 높게 나타났다.

상기 실험에서 알 수 있듯이， 본 발명의 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 물성의 측면에서 종래와 비교하여 유사하거나 더 우수한 물성을 갖는 것으로 보인다.

실시에 2: 염수시험

상기 실시에 1에 ITᅡ른 조성으로 제조한 알루미늄 합금 시험편과 비교예인 AUX 3종 및 ALDC 12종 합금 제품에 대하여 내식성을 알아보기 위해 염수시험기를 사용하여 염수시험을 수행하였다. 상기 염수분무시험은 ASTM B117 규정에 0：ᅡ라 수행하였으며， 용액은 5 wt.% NaCI 용액을 사용하였고 염수 시험기내 온도는 35 ^° C로 일정하게 유지하면서 연속분사하였으며， 120 시간, 264 시간, 576 시간， 및 774 시간 경고 후에 편흘과 팽창 (swel l ing)이 나타나는지를 중심으로 표면의 부식 거동을 측정하였다 (도 1A 내지 도 1C 참조). 또한， 표면의 부식 정도를 육안으로 관찰한 결과를 비교하여 하기 표 3에 정리하였다. 【표 3】

도 1Α 내지 도 1C 및 표 3의 결과에서 보듯이, 본 발명에 따른 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 750시간이 경고ᅡ하여도 약간의 표면 변색만 있을 뿐 부식이 전혀 나타나지 않았으나, 종래의 다이캐스팅용 알루 C1I늉 합금 ALDC 3종은 120시간 경고ᅡ시 이이 부식이 진행되기 시작하였고 ALDC 12종은 부식이 상당부분 진행되었으며, 시간이 경과항에 Hᅡ라 이러한 부식의 정도는 더욱 심해지는 것으로 나타났다.

따라서， 본 발명에 0：ᅡ른 다이캐스팅용 알루미 s 합금은 합금의 울성은 유지하면서도 종래보다 가볍고 작업성이 좋으면서도 내식성이 개선되었음을 확인할 수 있었다.

실시예 3: 가스에 대한 내식성 시험

본 발명에 따른 다이캐스팅용 알루미늄 합금의 가스에 대한 내식성을 알아보기 위해 시험표준을 I EC 60068-2-60 , Method 3으로 하고 35 ^° C , RH 75% 240시간의 시험조건으로 부식실험챔버 (We i ss , WK1 1-340-40)를 이용하여 실험하였다. 그 결과도 2에서 보듯이 가스에 대한 내식성도 양호한 것으로 나타났다.

본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.