알루미늄 합금에서 다양한 첨가 원소의 역할

실리콘(Si)
실리콘(Si)은 유동성 향상의 주요 성분입니다. 공정점에서 과공정점까지 최상의 유동성을 얻을 수 있습니다. 그러나 결정화된 실리콘(Si)은 경점을 형성하는 경향이 있어 절삭 성능을 저하시킵니다. 따라서 일반적으로 공정점을 초과하여 사용하지 않습니다. 또한, 실리콘(Si)은 인장 강도, 경도, 절삭 성능 및 고온 강도를 향상시키는 동시에 연신율을 감소시킬 수 있습니다.
마그네슘(Mg) 알루미늄-마그네슘 합금은 내식성이 가장 우수합니다. 따라서 ADC5와 ADC6는 내식성 합금입니다. 응고 범위가 매우 넓어 고온 취성을 가지며, 주물에 균열이 발생하기 쉬워 주조가 어렵습니다. AL-Cu-Si 소재에 불순물로 존재하는 마그네슘(Mg)(Mg2Si)은 주물을 취성으로 만들기 때문에 일반적으로 0.3% 이내로 규정합니다.

철(Fe) 철(Fe)은 아연(Zn)의 재결정 온도를 크게 높이고 재결정 과정을 늦출 수 있지만, 다이캐스팅 용해에서 철(Fe)은 철 도가니, 구즈넥 튜브, 용해 도구에서 발생하며 아연(Zn)에 용해됩니다. 알루미늄(Al)에 함유된 철(Fe)은 매우 미량이며, 용해 한계를 초과하면 FeAl3로 결정화됩니다. Fe에 의해 발생하는 결함은 대부분 슬래그를 생성하고 FeAl3 화합물로 부유합니다. 이로 인해 주조물이 취성이 되고 가공성이 저하됩니다. 철의 유동성은 주조 표면의 평활성에 영향을 미칩니다.
철(Fe) 불순물은 FeAl3의 침상 결정을 생성합니다. 다이캐스팅은 급속 냉각되기 때문에 석출된 결정은 매우 미세하여 유해 성분으로 간주될 수 없습니다. 철 함량이 0.7% 미만이면 탈형이 쉽지 않으므로 다이캐스팅에는 0.8~1.0%의 철 함량이 더 적합합니다. 철(Fe) 함량이 많으면 금속 화합물이 형성되어 경질점을 형성합니다. 또한, 철(Fe) 함량이 1.2%를 초과하면 합금의 유동성을 저하시키고, 주물의 품질을 손상시키며, 다이캐스팅 장비 내 금속 부품의 수명을 단축시킵니다.

니켈(Ni)은 구리(Cu)와 마찬가지로 인장 강도와 경도를 증가시키는 경향이 있으며, 내식성에 상당한 영향을 미칩니다. 경우에 따라 고온 강도와 내열성을 향상시키기 위해 니켈(Ni)을 첨가하기도 하지만, 내식성과 열전도도에 부정적인 영향을 미칩니다.

망간(Mn)은 구리(Cu)와 실리콘(Si)을 함유한 합금의 고온 강도를 향상시킬 수 있습니다. 특정 한계를 초과하면 Al-Si-Fe-P+o{T*T f;X Mn 4차 화합물을 생성하기 쉽고, 이는 쉽게 경점을 형성하고 열전도도를 감소시킬 수 있습니다. 망간(Mn)은 알루미늄 합금의 재결정 과정을 방지하고 재결정 온도를 높이며 재결정립을 상당히 미세화할 수 있습니다. 재결정립의 미세화는 주로 MnAl6 화합물 입자가 재결정립의 성장을 방해하는 효과 때문입니다. MnAl6의 또 다른 기능은 불순물 철(Fe)을 용해하여 (Fe, Mn)Al6를 형성하고 철의 유해한 영향을 줄이는 것입니다. 망간(Mn)은 알루미늄 합금의 중요한 원소이며 단독 Al-Mn 이원 합금으로 또는 다른 합금 원소와 함께 첨가될 수 있습니다. 따라서 대부분의 알루미늄 합금에는 망간(Mn)이 함유되어 있습니다.

아연(Zn)
불순 아연(Zn)이 존재하면 고온 취성을 나타냅니다. 그러나 수은(Hg)과 결합하여 강한 HgZn2 합금을 형성하면 상당한 강화 효과를 나타냅니다. JIS는 불순 아연(Zn)의 함량을 1.0% 미만으로 규정하고 있지만, 외국 규격에서는 최대 3%까지 허용합니다. 이 논의는 합금 성분으로서의 아연(Zn)을 언급하는 것이 아니라, 주물에 균열을 유발하는 불순물로서의 아연의 역할을 언급하는 것입니다.

크롬(Cr)
크롬(Cr)은 알루미늄에서 (CrFe)Al7 및 (CrMn)Al12와 같은 금속간 화합물을 형성하여 핵생성 및 재결정 성장을 방해하고 합금의 강도를 높이는 효과를 제공합니다. 또한, 합금의 인성을 향상시키고 응력 부식 균열 민감도를 감소시킬 수 있습니다. 그러나 담금질 민감도는 증가시킬 수 있습니다.

티타늄(Ti)
합금에 소량의 티타늄(Ti)이 첨가되어도 기계적 성질은 향상될 수 있지만, 전기 전도도는 저하될 수 있습니다. Al-Ti 계열 합금의 석출 경화에 있어 티타늄(Ti)의 임계 함량은 약 0.15%이며, 붕소를 첨가하면 티타늄 함량을 줄일 수 있습니다.

납(Pb), 주석(Sn), 카드뮴(Cd)
알루미늄 합금에는 칼슘(Ca), 납(Pb), 주석(Sn) 및 기타 불순물이 존재할 수 있습니다. 이러한 원소들은 녹는점과 구조가 다르기 때문에 알루미늄(Al)과 다른 화합물을 형성하여 알루미늄 합금의 특성에 다양한 영향을 미칩니다. 칼슘(Ca)은 알루미늄에 대한 고용도가 매우 낮아 알루미늄(Al)과 CaAl4 화합물을 형성하여 알루미늄 합금의 절삭 성능을 향상시킬 수 있습니다. 납(Pb)과 주석(Sn)은 저녹는점 금속으로 알루미늄(Al)에 대한 고용도가 낮아 합금의 강도는 저하되지만 절삭 성능은 향상될 수 있습니다.

납(Pb) 함량을 높이면 아연(Zn)의 경도가 낮아지고 용해도가 높아집니다. 그러나 알루미늄:아연 합금에 납(Pb), 주석(Sn), 카드뮴(Cd) 중 어느 하나라도 규정량을 초과하면 부식이 발생할 수 있습니다. 이러한 부식은 불규칙적으로 발생하며, 일정 시간이 지나면 발생하고, 특히 고온 다습한 환경에서 더욱 두드러집니다.