비철금속재료 - 금속복합재료

9. 금속복합재료

(1) 섬유강화 금속복합재료

휘스커(Whisker) 등의 섬유를 Al, Ti, Mg 등의 연성과 인성이 높은 금속이나 합금 중

에 균일하게 배열시켜 복합화한 재료를 섬유강화 복합재료(FRM : Fiber Reinforced

Metals)이다. 특히, Al 및 Al합금이 기지금속으로 가장 많이 쓰이며, 이외에 Mg, Ti,

Ni, Co, Pb 등이 있다.

1. 강화섬유의 종류

ㄱ. 비금속계 : C, B, SiC, Al2O3, ZlN, ZrO2등

ㄴ. 금속계 : Be, W, Mo, Fe, Ti 및 그 합금

2. 제조법

주조법, 확산결합법, 소성가공을 이용한 압출 및 압연법 등이 있다.

ㄱ. 주조법 : 제품 형상에 가까운 소형 부품 제조 및 부품의 일부를 복합화하는

2재료로 응용이 가능

ㄴ. 확산결합법 : 대형의 판재, 봉재 등의 제조에 적합

3. 특징

ㄱ. 경량이고 기계적 성질이 매우 우수하다.

ㄴ. 고내열성, 고인성, 고강도를 지닌다.

ㄷ. 주로 항공 우주 산업이나 레저 산업 등에 사용된다.

 

참고

복합재료의 모재 사용에 따라 1. 금속을 사용하면 섬유강화 금속(FRM, Fiber Reinforced Metals) 2. 플라스틱을 사용하면 섬유강화 플라스틱(FRP, Fiber Reinforced Plastics) 3. 섬유와 고무를 복합한 것을 섬유강화 고무 4. 플라스틱에 탄소섬유, 유리섬유를 섞어서 강도와 탄성의 성질을 개선한 것을 강화 플라스틱이라 한다. 5. 섬유강화 세라믹스(FRC, Fiber Reinforced Ceramics)

 

(2) 분산강화 금속복합재료

 

기지금속 중에 0.01~0.1μm 정도의 산화물 등 미세한 입자를 균일하게 분포시킨

재료로 기지금속으로는 Al, Ni, Ni-Cr, Ni-Mo, Fe-Cr 등이 이용된다.

1. 특징

ㄱ. 고온에서 크리프 특성이 우수하다.

ㄴ. 분산된 미립자는 기지 중에서 화학적으로 안정하고 용융점이 높다.

ㄷ. 복합재료의 성질은 분산입자의 크기, 형상, 양에 따라 변한다.

2. 제조 방법

혼합법, 열분해법, 내부산화법 등이 있다.

3. 실용재료의 종류

ㄱ. SAP(sintered aluminum powder product) : 저온 내열재료

. Al 기지 중에 Al2O3의 미세입자를 분산시킨 복합재료로 다른 Al합금에 비

하여 350~550℃에서도 안정한 강도를 나타낸다.

주로 디젤 엔진의 피스톤 밴드나 제트 엔진의 부품으로 사용된다.

ㄴ. TD Ni(thoria dispersion strengthened nickerl) : 고온 내열재료

. Ni 기지 중에 ThO2 입자를 분산시킨 내열재료로 고온 안정성이 크다.

. 주로 제트엔진의 터빈 블레이드(turbine blade) 등에 응용된다.

 

(3) 입자강화 금속복합재료

 

1~5μm 정동의 비금속 입자가 금속이나 합금의 기지 중에 분산되어 있는 것으로

서멧(cermet)이라고 한다.

1. 특성

경도, 내열성, 내산화성, 내약품성, 내마멸성과금속의 인성을 겸비한 복합재료

이다.

2. 종류

ㄱ. 탄화물계 : WC-Co계, TiC-Ni계, TiC-Co계, Cr3C2-Ni계 등

ㄴ. 산화물계 :　Al2O3-Fe계, Al2O3-Cr계 등

ㄷ. 질화물계 : Tin-Cr계

ㄹ. 붕화물계 : ZrB2, CrB, TiB2 등

ㅁ. 규화물계 : MoSi2, TiSi2, CrSi2 등

용도로는 공구용 재료, 내열재료, 내마멸용 재료 등으로 이용되고 있다.

 

(4) 클래드 재료

 

두 종류 이상의 금속 특성을 복합적으로 얻을 수 있는 재료로 얇은 특수한 금속을

두껍고 가격이 저렴한 모재에 야금학적으로 접합시킨 것이 많다.

1. 종류

ㄱ. 내식성 재료(Ni 합금, 스테인리스강)와 저탄소강을 조합 : 화학 공업장치에 사용

ㄴ. 스테인리스강과 인바(invar)를 조합 : 가정용 전기기구 등의 온도 조절용 바

이메탈(bimetal)에 사용

2. 제조법

폭발압착법, 압연법, 확산결합법, 단접법, 압출법 등이 있다.

 

(5) 다공질 재료

다옥질 금속으로는 소결체의 당공성을 이용한 베어링이나 다공질 금속 필터가 있

다. 소결 다공성 금속제품으로는 방직기용 소결 링크, 열교환기, 전극 촉매, 발포

성 금속 등이 있다.

 

(6) 일방향 응고 공정 합금

이 합금은 공정 조성의 용융금속을 일방향으로 응고시켜 조직을 섬유상 도는 층

상 구조로 배열시킨 것이다, 종류로는 Al-CuAl2(층상조직)과 Al-Al3Ni(섬유상 조직)

등이 있다.

공정 복합재료는 장시간 고온에서 견디므로 항공기용 제트엔진 터빈 등의 내열재

료로 dusrn 개발되고 있다.

 

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