포항공과대학교 Pohang University of Science and Technology
등록번호
TRKO200200017727
DB 구축일자
2013-04-18
키워드
혼합금속복합재료.가압용침법.고내마모.고체윤활.보강재.Hybird metal matrix composites(MMCs).Squeeze infiltration method.Solid lubrication.Reinforcements.High wear resistance.
초록▼
금속복합재료에서 보강재 단섬유는 기지재의 탄성계수, 인장강도,경도 및 감쇠(damping) 특성을 향상시키고, 고온에서 기지재에 비해 기계적 물성의 안정적인 특성을 나타내게 한다. 특히, 금속복합재료는 내마모성에서 우수한 특성을 나타내고 있다. 재료의 이러한 특성으로 인해 피스톤, 커넥팅로드, 실린더라이너 등과 같은 자동차 엔진부품의 국소보강재로 이용하려는 노력이 이루어지고 있다. 이러한 추세에 비추어 금속복합재료의 제조방법의 연구와 함께, 기계적 물성과 내마모성의 규명도 필요하게 되었다.자체 제작한 예비성형체로 제조
금속복합재료에서 보강재 단섬유는 기지재의 탄성계수, 인장강도,경도 및 감쇠(damping) 특성을 향상시키고, 고온에서 기지재에 비해 기계적 물성의 안정적인 특성을 나타내게 한다. 특히, 금속복합재료는 내마모성에서 우수한 특성을 나타내고 있다. 재료의 이러한 특성으로 인해 피스톤, 커넥팅로드, 실린더라이너 등과 같은 자동차 엔진부품의 국소보강재로 이용하려는 노력이 이루어지고 있다. 이러한 추세에 비추어 금속복합재료의 제조방법의 연구와 함께, 기계적 물성과 내마모성의 규명도 필요하게 되었다.자체 제작한 예비성형체로 제조한 금속복합재료와 상품화된 예비성형체로 제조한 금속복합재료들간의 물성평가와 내마모성의 비교연구를 상품화되어 있는 재료를 사용하였고, 마모의 환경적인 요인과 기지재와 보강재 등 금속복합재료의 구성요인을 변화시키면서 마모량과 마모면의 관찰함으로써 내마모성과 마모기구를 규명하였다.자체 제작한 예비성형체와 기존의 상품화되어 있는 Saffil과 Fiberfrax의 예비성형체로금속복합재료를 제조하여 기계적물성과 마모특성을 상호 비교한 결과 자체 제작된 예비성형체에 의한 금속복합재료의 기계적물성과 내마모성은 Saffil 제품과는 대등한 특성을 나타내었고, 보강재의 물성이 다소 떨어지는 Fiberfrax보다는 자체제작한 예비성형에 의한 금속복합재료가 더 좋은 특성을 나타내었다. 또한 예비성형체와 금속복합재료의 미세조직으로부터 보강재의 분포와 결합상태가 양호하다는 결론을 얻었다.금속복합재료의 마모거동은 상대마모속도의 변화에 따라 중속을 변곡점으로 U자 모양의 마모량 변화를 보였다. 분위기 온도의 변화에 따른 마모특성은 서로 비슷한 경향을 보여주었으나, 특히, 고온분위기에서는 상온분위기에서보다 더 낮은 상대마모속도에서 급격마모상태가 된다. 보강재의 양은 마찰열의 발생이 적은 저속에서는 마모량에 큰 영향을 주지 못하나, 속도가 증가하면서 보강재의 양의 증가는 내마모성의 증가를 가져왔다. 보강재의 종류에 따른 내마모성을 관찰하기 위하여 Al2O3, SiCw, C 등의 보강재가 사용되었고,주조용 알루미늄합금인 AC8A를 기지재로 하여 Al/Al2O3, Al/Al2O3/SiCw, Al/Al2O3/C의금속복합재료를 가압용침법으로 제조하였다. 금속복합재료는 Al/Al2O3/C에서 가장 좋은내마모성을 나타내었고, 이것은 탄소의 고체윤활효과에 의한 결과이다. 탄소 단섬유의 고체윤활특성은 금속복합재료가 상온과 고온에서 모두 좋은 내마모성을 나타내게하였고, 특히,마찰열의 발생이 많은 영역에서도 전단력을 흡수해 좋은 내마모성을 나타내었다. 그러나,Al/Al2O3/C는 탄소와 기지재인 알루미늄과의 나쁜 젖음성과 경계면에서의 반응물 생성으로인해 기계적 물성의 저하를 가져 왔다.기계적 물성과 내마모성의 향상을 위하여 금속복합재료에서 탄소의 역할에 대한 고찰과 탄소의 최적 혼합비를 결정해야 한다. 탄소와 알루미나와의 최적혼합비를 결정하기 위하여 전체 20%의 AC2B기지 알루미늄 금속복합재료를 제조하였다. 탄소의 양은 전체20%의 부피분율에 대하여 2%씩 증가시켜가면서 제조하였다. 부피분율이 탄소 8%와 알루미나 12%일때 가장 좋은 내마모성을 나타내었다.
Abstract▼
Metal Matrix Composites(MMCs) are of great interest formany machine elements requiring precision and operation in severe environments.MMCs have been promising as friction materials because of their high wear resistance.This paper deals with investigating the mechanical properties, wear re
Metal Matrix Composites(MMCs) are of great interest formany machine elements requiring precision and operation in severe environments.MMCs have been promising as friction materials because of their high wear resistance.This paper deals with investigating the mechanical properties, wear resistance andwear mechanism of hybrid MMCs fabricated by squeeze infiltration method. At first,manufacturing conditions were investigated by comparing the mechanical property ofMMCs made of home- made preforms, so called POSTECH, with that of MMCs madeof commercial preforms. Next, the variations of wear resistance were investigated forthe effect of temperature conditions and the kind of reinforcements composing MMCs.MMCs fabricated from POSTECH preforms showed good mechanical property andwear behavior, which were comparable with those of MMCs fabricated from commercialones. The microstructures of preforms and MMCs showed uniform distribution offibers and good bonding between the matrix and fiber.The wear behavior of test material showed the shape 'U' when plotted againstrelative wear speed. Wear properties of MMCs at elevated temperatures were similarto those at room temperature. However, severe wear was observed in low slidingspeed region at elevated temperature. The volume percent of reinforcements did nothave a great influence on a wear behavior at low wear speed, but it did as the slidingspeed became higher.Al/Al2O3/C composites showed better wear resistance than Al2O3 andAl/Al2O3/SiCW both at room and elevated temperature. This is due to the solidlubrication of carbon fiber. The effect of Solid lubrication became larger as the volumepercent of carbon fiber became higher. But the mechanical properties became poor,which were originated from the poor wettability and the creation of reactional materialbetween the carbon fiber and Al alloy matrix. The Optimum was Al/12 vol.%-Al2O3/8vol.%-C composites.The wear mechanism of MMCs are verified abrasive and adhesive wear from themicrostructures of wear surfaces through scanning electron microscopy(SEM) and opticalmicroscopy.
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