초록 ▼

□ 연구개요
자동차의 경량화는 가장 현실적이고 효과적인 연비개선 및 배출가스 절감 방법으로 차량의 안전, 편의 확대로 인한 중량화와 다른 연비 개선기술의 한계를 보완할 수 있는 중요한 기술로, 자동차 부품중 무빙파트라고 불리는 후드, 트렁크, 테일 게이트, 도어 등에 알루미늄 합금의 적용이 검토되고 있어서 기존 소재인 steel과의 접합이 필요하나, Al과 철강재의 이종용접시 다양한 종류의 금속간 화합물 생성으로 용접부 물성저하가 발생하고 있어 전통적인 용접방법만으로는 한계가 있다
전자기 펄스 접합(Magnetic Pul

□ 연구개요
자동차의 경량화는 가장 현실적이고 효과적인 연비개선 및 배출가스 절감 방법으로 차량의 안전, 편의 확대로 인한 중량화와 다른 연비 개선기술의 한계를 보완할 수 있는 중요한 기술로, 자동차 부품중 무빙파트라고 불리는 후드, 트렁크, 테일 게이트, 도어 등에 알루미늄 합금의 적용이 검토되고 있어서 기존 소재인 steel과의 접합이 필요하나, Al과 철강재의 이종용접시 다양한 종류의 금속간 화합물 생성으로 용접부 물성저하가 발생하고 있어 전통적인 용접방법만으로는 한계가 있다
전자기 펄스 접합(Magnetic Pulse Welding)은 캐퍼시터에 충전된 고에너지를 순간적으로 방전함으로써 발생되는 전자기력을 이용하여 두 금속사이에 고속 충돌을 발생시켜 금속을 접합시키는 고상접합공정으로 열적인 영향이 없어 열영향부가 없으며 일부 소성 변형된 영역만 발생하여 알루미늄과 철강의 접합시 취성 금속간화합물 생성을 피할 수 있다.
본 연구에서는 전자기 펄스 접합 공정을 이용하여 알루미늄과 각종 도금 강판과의 접합부를 제작하고 접합부에 대한 전기화학적 특성 평가 및 부식 시험을 통하여 이종접합시 도금강판의 영향을 연구하고자 하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
1. 연구목표
이종접합을 위한 Inert metal 도입을 통하여 IMC layer 제어 와 두 소재간 전위차 감소 효과 유도 및 부식 속도 제어 연구
1) Al/Fe 이종 소재 접합부에 대한 계면 반응 연구 및 부식속도 제어 연구
- 대상소재: 일반 냉연 판재, 6XXX계열 Al 합금 판재
- 중간 삽입재: Zn, Ni, Sn 등
2) Mg/Fe 이종 소재 접합부에 대한 계면 반응 연구 및 부식속도 제어 연구
- 대상소재: 일반 냉연 판재, AZ31 Mg 합금 판재
- 중간 삽입재: Zn, Ni, Sn 등
3) 고강도강 판재를 대상으로 이종 접합 공정 적용
- 대상소재: 600MPa 이상의 고강도 냉연 판재 vs 6XXX계열 Al 합금 판재
- 고강도 강을 대상으로 한 중간 삽입재 적용 접합 공정 규명
2. 연구결과
1) Al/Fe 전자기 접합을 위하여 Zn, Ni 등이 도금된 소재를 이용하여 접합시편을 제작하고 장시간 부식실험 및 인장강도 평가한 결과, 접합부 계면에서 어떠한 형태의 금속간화합물이 관찰되지 않았고, Ni이 도금괸 소재의 접합부 내식성이 가장 우수하였고, Zn가 코팅된 경우는 코팅층이 먼저 부식되어 접합강도를 오히려 낮추는 영향이 있음
2) Mg/Fe 소재 조합을 대상으로 전자기 접합을 실시하였으나 본 실험에 사용된 Mg 소재는 0.3mmt의 초박판소재로Mg 소재의 폭발현상으로 접합이 불가능하였음. Mg/Fe 소재 조합의 전자기 접합을 위해서는 장비의 개선이 필요함.
3) 고강도 소재 조합에 대한 전자기 접합실험 결과, 약 17kV의 에너지가 인가되는 경우 DP590/A6014 조합까지 전자기 접합이 가능하였으며, 부식실험결과에서도 우수한 접합 강도를 나타냄
4) 도금층이 존재하는 경우, 접합메카니즘은 diffusion, adhesion 모두 나타날 수 있는데 Zn도금층 같은 경우 adhesion이 메인 접합메카니즘으로 접합강도가 낮게 나타났고, Ni 도금층의 경우 diffusion, adhesion 두 접합메카니즘이 작용하는 것으로 판단되며 접합조건의 최적화가 필요함.

□ 연구개발결과의 중요성
전자기 펄스 접합을 이용한 이종접합으로 접합부 계면에서 발생하는 금속간화합물의 생성을 방지하면서 접합이 가능함. 자동차 이종 부품 제조에도 활용이 가능한 것으로 사료됨.
본 연구결과로 볼 때 대부분의 자동차용 소재는 Zn가 도금된 상태에서 접합이 진행되고 있어 각별한 주의가 필요하다. 접합부에 Zn이 남아 있는 경우 희생양극 효과에 의하여 Zn가 먼저 부식되어 접합부가 취약해 짐
따라서 이종소재를 이용한 부품 제조시 특히, Zn 도금강판과 Al 소재와의 접합시 제조 공정이 추가되더라도 Zn 도금층의 제거가 필요하다. Ni 과 같은 내식성 소재의 부가적인 사용으로 부식속도를 억제할 수 있음

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1.1 연구개발의 필요성 ... 4
• 1.2 연구 가설 ... 6
• 1.3 최종 목표 및 연구 범위 ... 7
• 1.4 추진전략 및 방법 ... 8
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 10
• 2.1 1차년도 (2017.6.1 ~ 2018.2.28) ... 10
• 2.2 2차년도 (기간 : 2018. 3. 1. ~ 2019. 2. 28.) ... 16
• 2.3 3차년도 (기간 : 2019. 3. 1 ~ 2020. 5. 31) ... 26
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 41
• 4. 참고문헌 ... 42
• 5. 연구성과 ... 44
• 끝페이지 ... 44