Al-저융점금속계 합금

Al-저융점금속계 합금

 

Al-저융점금속계 합금은 알루미늄에 저융점금속인 Pb, Sn, Bi, Cd, In, Ga등을 첨가하여 기계적 화학적 성질을 개선하는데 이용되었다. 저융점금속들은 알루미늄에 고용이 되지않고 중간상이나 금속간화합물도 만들지 않으며 액상에서도 두 상으로 분리되어 있는 편정반응의 성격이 강한 합금이다. Al-저융점금속계 합금은 Al-Pb나 Al-Sn계 합금과 같이 주로 슬리브베어링합금재료로 사용이 되고 있으며, 또한 Al-Cu계, Al-Cu-Mg계합금계에 저융점금속을 소량 첨가하여 기계가공성과 냉간단조성을 향상시키기 위하여 사용이 되고 있다. 슬리브베어링합금으로 Al-Sn-Pb계합금이 있으며 통상 10-15%Sn과 1-5%Pb를 첨가하여 윤활효과를 높이고자 하는데 목적을 두고 사용된다. 일반으로 저융점금속을 함유한 Al-저융점금속계합금은 기계나 엔진등의 회전축과 축수사이에 배치하여 축의 슬립을 원활히 하고 일정한 강도를 유지하도록 한다. 엔진의 고출력화와 함께 엔진의 회전수가 높아지면서 슬립베어링합금의 요구특성은 계속 높아지고 있다. 저융점금속인 Sn, Pb의 조성에 따라 마모량의 차이가 있으며, 또한 슬립마모특성은 모재합금에 따라서도 영향을 받는다. 저융점금속의 첨가량과 분포상태의 조정 및 적절한 모재합금의 선정 등 여러 가지 요인을 고려하여 슬리브베어링합금의 조성을 적절히 추구하여야 한다.

한편 소량의 저융점금속을 함유한 알루미늄합금은 기계가공시 절삭성을 좋게 하는 장점을 가지고 있다. Pb, Bi, Sn등 2-3개원소를 조합하여 1-2%를 첨가하면 절삭성이 현저히 증가한다. 기계절삭가공시 절삭열로 인하여 저융점금속이 용융하여 윤활제로 작용하고 재료의 기공부위에 쉽게 침투되어 표면을 미려하게 하는 효과도 있다. 대표적인 쾌삭합금으로는 2011과 6262합금이 있으며 표1에 대표적인 쾌삭합금의 조성과 기계적 성질을 보이고 있다.

 

<표1 대표적인 쾌삭합금의 조성과 기계적 성질>

이들 2011, 6262 쾌삭합금은 실제 기계절삭가공을 할 경우 가공칩(chip)들이 미세하게 분단되어 표면으 미려하게 하고 표면절삭성이 양호하다.

일반 알루미늄합금에 Sn, In, Cd같은 저융점금속을 첨가하면 실온에서 시효경화를 현저히 지연시키며, 반대로 고온에서 시효경화를 촉진시킬수 있다. 저융점금속이 실온에서 시효경화를 지연시키는 효과를 이용하여 냉간가공용 알루미늄합금이 개발되었다. 일반으로 고력알루미늄합금의 냉간단조는 열처리전에 냉간단조를 하고 그 후에 용체화/시효처리를 행한다. 이 경우 단조제품의 비틀림현상으로 제품의 치수변화로 불량의 원인을 제공한다.

이를 개선하기 위해서 Al-Cu계합금에 저융점금속인 Sn을 소량첨가하여 실온에서 시효경화를 지연시키는 방법을 채택할 수 있다. 이 Al-Cu-Sn합금을 사용하면 용체화처리후 연질상태(soft state)가 오랫동안 유지되므로 이 사이에 냉간단조를 행하고 바로 시효경화처리를 통하여 높은 강도를 유지하면서 제품의 비틀림현상을 방지할 수 있다. 고강도가 필요하면서 치수가 정밀한 전기전자제품에 활용이 된다.

 

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