[논문 리뷰] Manufacturing of Aluminum Composite Material Using Stir Casting Process

Muhammad Hayat Jokhio, Muhammad Ibrahim Panhwer외 1명|arXiv (Cornell University)|2016. 04. 02.

Aluminum Alloys Composites Properties참고 문헌 16인용 수 50

한 줄 요약

이 연구는 알루미늄 기반 복합재료에 알파-알루미나(α-Al2O3) 입자를 강화제로 사용한 스틸 캐스팅 공정을 통해 7000계 알루미늄 기반 복합재료를 제조하는 것을 다루며, 구리- zinc-마그네슘 합금 원소와 노화 경화의 영향을 집중적으로 분석한다. 연구 결과, 기존의 정련 공정을 통해 최대 10 wt%의 Al2O3 강화를 통해 인장 강도와 연성 향상이 뚜렷하게 이루어지며, 노화 경화 처리를 추가로 적용할 경우 기계적 성질이 더욱 향상됨을 입증하였다.

ABSTRACT

Manufacturing of aluminum alloy based casting composite materials via stir casting is one of the prominent and economical route for development and processing of metal matrix composites materials. Properties of these materials depend upon many processing parameters and selection of matrix and reinforcements. Literature reveals that most of the researchers are using 2, 6 and 7xxx aluminum matrix reinforced with SiC particles for high strength properties whereas, insufficient information is available on reinforcement of "Al2O3" particles in 7xxx aluminum matrix. The 7xxx series aluminum matrix usually contains Cu-Zn-Mg. Therefore, the present research was conducted to investigate the effect of elemental metal such as Cu-Zn-Mg in aluminum matrix on mechanical properties of stir casting of aluminum composite materials reinforced with alpha "Al2O3" particles using simple foundry melting alloying and casting route. The age hardening treatments were also applied to study the aging response of the aluminum matrix on strength, ductility and hardness. The experimental results indicate that aluminum matrix cast composite can be manufactured via conventional foundry method giving very good responses to the strength and ductility up to 10% "Al2O3" particles reinforced in aluminum matrix.

연구 동기 및 목표

• 7000계 알루미늄 기반 복합재료를 알루미나(Al2O3) 입자를 사용한 스틸 캐스팅 공정으로 제조할 수 있는지 탐색한다.
• Al2O3 입자로 강화된 알루미늄 기반 복합재료에서 Cu-Zn-Mg 합금 원소의 기계적 성질에 미치는 영향을 검토한다.
• 제조된 복합재료의 인장 강도, 연성 및 경도에 대한 노화 경화 처리의 영향을 평가한다.
• 고강도 알루미늄 기반 복합재료를 생산하기 위한 비용 효율적이고, 기존의 정련 공정 기반의 제조 방법을 확립한다.

제안 방법

• 7000계 알루미늄 합금을 기반 재료로 사용하여 스틸 캐스팅 공정을 통해 알루미늄 기반 복합재료를 제조하였다.
• 융해된 알루미늄 기반 재료에 다양한 무게비율(최대 10 wt%)의 Al2O3 입자를 첨가하였다.
• Al2O3 입자의 균일한 분포를 확보하기 위해 융해 혼합물에 기계적 혼합을 실시하였다.
• 시험용 시편을 제조하기 위해 영구형 금형을 사용하여 캐스팅을 수행하였다.
• 제조 후 노화 경화 처리를 실시하여 기계적 성질에 미치는 영향을 분석하였다.
• 제조된 시편에 대해 인장 시험, 경도 시험 및 연성 평가를 포함한 기계적 시험을 실시하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 최대 10 wt%의 Al2O3 입자를 첨가할 경우 7000계 알루미늄 기반 복합재료의 인장 강도와 연성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 Cu-Zn-Mg 합금 원소는 Al2O3로 강화된 알루미늄 복합재료의 기계적 거동 향상에 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 노화 경화 처리가 스틸 캐스팅된 알루미늄 기반 복합재료의 경도와 연성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 기존의 정련 공정을 통해 Al2O3 강화를 가진 고강도 알루미늄 기반 복합재료를 제조할 수 있는가?

주요 결과

• 최대 10 wt%의 Al2O3 입자를 포함한 알루미늄 기반 복합재료는 인장 강도와 연성 향상이 뚜렷하게 향상되었다.
• Al2O3 입자 첨가로 7000계 알루미늄 기반 복합재료의 경도가 향상되었다.
• 노화 경화 처리를 통해 복합재료의 강도와 경도가 더욱 증가하였고, 수용 가능한 연성을 유지하였다.
• 스틸 캐스팅 공정은 표준 정련 공정을 활용하여 잘 분산된 Al2O3 강화 알루미늄 기반 복합재료를 효과적으로 제조할 수 있음을 입증하였다.
• 복합재료의 기계적 성질은 강화재 함량과 열처리 조건에 크게 의존하는 것으로 확인되었다.