최근 수송기기 산업에서는 환경규제가 강화되면서 온실가스 감축을 위해 CO 2 배출가스의 규제 기준을 강화하고 있다. 이런 환경문제에 대한 압박이 거세지면서 수송기기 산업에서는 금속을 대체할 수 있는 경량소재 적용 및 고효율의 엔진부품에 대한 필요성이 증가되고 있다. 수송기기 중에서도 자동차와 같은 경우 연비 개선에 가장 효과적인 방법으로 차량의 무게를 줄이거나, 엔진다운사이징으로 인한 효율 개선을 할 수 있다. 엔진 다운사이징 같은 경우 작은 엔진을 보다 고부하로 운전하여 효율을 극대 화해야 하므로 내열 특성이 우수한 소재 적용이 필요하다. 현재까지 개발된 내열 알루미늄 합금은 세라믹 강화상을 첨가하는 복합재료를 제외하고 는, 대부분 합금원소들을 금속간화합물의 형태로 유지하여 강화상을 형성 하는 원리이다. 그러나 이러한 강화원리는 100℃ 내외의 온도에서는 형성된 강화상이 큰 문제를 일으키지는 않지만, 200℃~250℃ 이상의 고온에서 장시간 유지될 경우 금속간화합물의 강화상이 분해되거나, 초정 Si 입자의 조대화 또는 상분해 등으로 인하여 내열 특성이 저하되는 문제가 있어 사용 온도에 제한을 받고 있다. 또한 세라믹 알루미늄 복합재료 강화상의 경우에는 고온에서 안정한 특성을 나타내는 장점은 있지만, 주조공법으로 제조할 경우 기지인 알루미늄과의 계면 반응이 발생될 수 있으며, 강화상의 균일한 제어가 어렵고, 재현성을 확보의 문제점이 있다. 이러한 문제를 해결하고자 본 연구에서는 세라믹 강화상과 유사하게 1000℃ 이상의 높은 융점을 가지면서도 알루미늄에 고용한이 거의 없는 합금계를 선정하여 전율고용체로 형성을 시켰으며, 이를 알루미늄에 첨가하여 강화상의 특성을 관찰하였다. 또한 본 연구에서는 전율고용체 합금을 적용하여 우수한 내열 특성과 내피로 특성 및 알루미늄 주조 공정에서 가장 불리하게 작용하는 내소착 특성을 확보하기 위한 연구를 진행하였다. 우선 순수 알루미늄 기지에 첨가된 8종의 전율고용체합금 분석을 통해 다양한 크기와 형태로 전율고용체합금이 균일하게 상분해 없이 존재하고 있는 것을 확인하였다.
알루미늄 기지금속에 균일하게 분포된 8종의 이원계 전율고용체 합금 중에서 미세한 결정 입자로 존재하면서 상온강도보다 고온강도 특성이 우수한 합금을 선정하여 평가를 하였다. 전율고용체 첨가 알루미늄 합금에서의 내열 특성을 확보하기 위한 실험으로는 고온 특성이 가장 우수한 CoNi 전율고용체 합금을 첨가하여 연구를 진행하였으며, 기계적 특성 확보와 금속간화합물의 생성 분율을 제어하기 위하여, 상 분석과 JmatPro 시뮬레이션 합금 설계 프로그램을 통하여 최적 조성으로 Al-1wt%Mg-1,1wt%Si-0.8wt%CoNi 합금을 선정하였다. 이렇게 제조된 CoNi 전율고용체 첨가 알루미늄 합금의 특성을 관찰한 결과 미세한 강화 상의 입자가 알루미늄 합금 기지에 존재하고 있음을 확인하였으며, 고온 기계적 특성 및 고온 피로 특성을 진행한 결과 기존의 상용 합금과 비교 하여도 우수한 결과를 나타내었다. 특히 250℃ 고온에서도 기계적 특성의 저하가 발생되지 않았다. 또한 차체 부품 및 구동 부품 적용에 필요한 내피로의 알루미늄 합금을 제조하기 위하여 앞서 진행한 기계적 특성을 유지하면서 내피로 특성이 우수할 것으로 예상되는 CuMn 전율고용체 합금을 선정하여, 금속간화합물의 생성을 최소화 할 수 있는 조성으로 선정된 Al-1wt%Mg-1.1wt%Si 기지 합금에 0.8wt%CuMn 전율고용체 합금을 첨가하여 특성을 관찰하였다. 미세조직 상에서 전율고용체 합금이 미세한 입자로 존재하고는 있었지만, EPMA 분석을 통하여 관찰한 결과에서는 CuMn 전율고용체 합금 일부가 분해되어, 알루미늄 합금에 금속간화합물로 존재하고 있음을 확인하였다. CuMn 전율고용체 첨가 알루미늄 합금의 기계적 강도를 분석한 결과 상온강도와 250℃의 온도에서는 안정한 특성을 나타냈지만, 300℃ 초과 온도에서 부터는 급격하게 특성이 저하되는 것이 관찰되었다. CoNi, CuMn 전율고용체 첨가 알루미늄 합금을 200℃ 이상의 고온 특성을 비교하였을 때 CuMn 전율고용체 첨가 알루미늄 합금이 더 우수한 기계적 강도 특성을 나타내었다. 또한 기존의 상용 합금과 CoNi, CuMn 전율고용체 첨가 합금의 피로 특성을 비교한 결과 CuMn 전율고용체 첨가 알루미늄 합금의 내피로도 가장 우수한 특성을 나타내었다. 이러한 결과에서 확인하였듯이 CuMn 전율고용체 첨가 합금과 미세하게 존재하는 금속간화합물이 2차 강화상으로 작용하여 내피로 특성을 향상 시킨 것으로 판단된다. 또한 자동차의 엔진부품 및 차체 성형 부품 중에서 알루미늄 금형주조 시 금형과의 소착을 방지하기 위하여 Fe 원소를 합금에 첨가하여 소착방지 특성을 유지시키고 있다. 그러나 이러한 Fe 원소의 첨가로 인하여 금형과의 소착성은 줄일 수 있으나, 용탕의 품질이 낮아지고, 개재물 같은 화합물의 형성으로 인하여 결과적으로는 연신율에 악영향을 미치게 한다. 이러한 문제점을 개선하고자 현재 사용되고 있는 상용 합금에 FeMn 전율고용체 합금을 첨가하여 그 특성을 관찰하였다. ALDC12종 합금에 Fe

Recently, heat-resistant aluminum alloy has been re-focused as a downsizing material for the internal combustion engines. Heat-resistant Al alloy development and many researches are still ongoing for the purpose of improving thermal stability, high-temperature mechanical strength and fatigue properties. The conventional principle of heat-resistant Al alloy is the precipitation of intermetallic compounds by adding a variety of elements is generally used to improve the mechanical properties of Al alloys. However, it also has some limit because the coarsening and decomposition of intermetallic compounds themselves or with Al matrix can reduce the mechanical properties at elevated temperatures. In a different way, Al matrix composites (AMCs) studies have been performed by using dispersion reinforcements including SiC, Al 2 O 3 , and B 4 C etc. to enhance the thermal stability at high temperatures. In the case of AMCs, they have some problems such as high cost, and main drawbacks that have to be overcome include the agglomeration of reinforcements, the interfacial reactions between the reinforcements and Al matrix. Using traditional approaches, it is very difficult to enhance the thermal stability with economic routes. Therefore, in this study, a new concept aluminum alloy reinforced by complete solid solution was proposed and its properties were evaluated, such as high temperature mechanical, fatigue, wear, die soldering properties. Firstly, the eight kinds of binary complete solid solution, which were Cr-W, Co-Ni, Cu-Mn, Cu-Ni, Fe-Cr, Fe-Mn, Fe-Ni, and Mn-V, were chosen and then synthesized via plasma arc melting route. These complete solid solution alloys were well-dispersed in Al matrix. After evaluating high temperature mechanical property, Al alloys reinforced by CoNi, CuMn, and FeMn, having superior property than others, were finally chosen, and then high temperature fatigue, wear resistance, and die soldering properties were evaluated. The strengthening mechanism by binary complete solid solution in Al alloy was discussed in this paper.