일반기술

내열성이 우수한 고온/경량 /Al합금

최근들어 환경문제에 대한 인식이 증대하고, 1992년 CAFE 법안, 1994년 기후변화협약 등의 법적인 제제조치 등에 따라 화석연료 사용 저감이 수송기기 산업의 주요 당면과제로 대두되고 있으며, 이에 따라 자동차 업계에서는 현재 사용되고 있는 화석연료의 연비향상 혹은 대체 에너지 개발에 박차를 가하고 있다. 연비향상을 위해서는 경량화가 가장 중요한 잇슈로 인식되고 있으며, 차세대 대체에너지로 인식되고 있는 전기에너지를 사용할 경우 자체의 경량화가 필수적인 것으로 인식되고 있다. 또한 사용자는 고효율 (높은 연비)와 안정성을 요구하고 있다. 현재 각 자동차업체에서는 안정성의 향상을 위해 더 많은 부품을 요구하고 있어 오히려 연비를 저하시키고 있으나, 경량소재를 사용할 경우 안정성과 동시에 고효율이라는 요구조건을 만족시킬 수 있어, 경량 신소재 개발은 필수적이라 할 수 있다. 현재까지 개발된 경량소재의 경우, 알루미늄 합금의 경우 사용온도가 150℃ 이하로 제한되어 있으며, Ti 합금의 경우 높은 가격과 높은 비중으로 인해 그 사용이 제한되고 있다. 본 연구에서는 급냉응고/분말야금법을 이용하고, 합금설계를 통하여, 최고 사용온도 400℃의 고온용 알루미늄 합금 개발을 목적으로 하고 있다. 이를 위해 현재까지 각국의 고온용 알루미늄 합금 개발 결과를 토대로 가장 우수한 성질의 Al8009 (FVS0812; Al-Fe-V-Si 계 합금)을 토대로 Ti, W 등의 합금원소를 첨가하여 분산상의 고온 안정성을 꾀하고, 제조공정을 개발함으로써 결정립 미세화를 통하여, Ti 합금에 비해 비강도 (강도/밀도), 비강성 (강성/밀도)이 높은 합금을 개발하였다.개발된 합금으로 자동차 엔진 경량화를 위해 흡기밸브 (intake valve), spring retainer 등에 적용하여 실차시험을 수행하였으며, 기존 steel 소재 대비 24.8%의 경량화화 함께 jump bounce 발생 RPM이 향상된 결과를 얻을 수 있었다. 아울러, 경량소재를 채택함으로써 구동 torque의 감소에 따라 연비의 향상이 기대되고 있어, 향후 더 많은 부품에의 적용이 가능할 것으로 기대된다.