분사주조에 의한 이종금속의 접합기술개발

초록

선박이나 육상용 발전 설비 등의 대형 저속 디젤엔진 부품으로 널리 이용되고 있는 베어링 부품들은 back metal 재료로서 주철재, 주강재, 압연강재 등이 사용되고 베어링 층 재료로서는 white metal이 사용된다. 이들 고융점 금속과 저융점 금속 사이의 접합은 원심주조법 또는 중력주조법이 적용되고 있다. 그러나 이들 방법의 경우, 베어링 부품이 대형화될수록 생산성이 크게 저하될 뿐만 아니라 석출물들의 편석에 의하여 베어링 합금층의 하중지지력과 피로특성이 저하되는 문제점도 있다. 또한 조대한 SbSn, Cu6Sn5 석출물들의 불균일한 크기 및 분포에 의하여 선택적 침식이 발생되어 베어링 합금층의 특성이 저하되는 것으로도 알려져 있다. 한편 분사주조기술을 이용하여 접합을 꾀할 경우 빠른 냉각속도에 기인하여 SbSn/Cu6Sn5 석출물의 미세화와 균일화를 유도하여 베어링 성능을 향상시킴은 물론 단시간 내에 합금층을 형성시키는 것이 가능할 것이다. 그러나 잘 알려진 이들 장점에도 불구하고 분사주조법이 이종금속 간의 접합을 위한 용도로서는 아직까지 검토 개발되고 있지 않는 실정인데, 이는 분사주조법이 전형적으로 급속응고 특징을 지니고 있기 때문에 용융 또는 반용융 액적들과 기판 간의 접착면만 형성될 뿐 접합면은 잘 형성되지 않기 때문이다. 따라서 본 연구에서는 상기의 문제점들을 극복하여 보고자 분사주조 공정변수 및 전처리 조건을 달리하여 이종금속간의 접합시 분사주조기술의 적용 가능성을 검토하였다. 이종금속의 접합시 분사주조기술을 적용할 경우 많은 공정변수의 조절이 요구되며, 공정변수의 변화에 의하여 접착특성 및 접합특성 그리고 적층성형체의 특성이 변화될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 공정변수 중 분사가스압력, 분사거리 및 기판(SS400, FC30)의 회전속도를 각각 8∼10kgf/cm2, 300mm, 최종 150rpm으로 고정하고 분사온도, 기판의 예열온도, 후열처리 온도 등을 변화시켜 시편을 제조하였다. 베어링 층 형성을 위한 분사재료로는 white metal(HM07)을 사용하였다. 미세조직 관찰은 광학현미경과 SEM/EDX를 이용하였으며, 영상분석을 통하여 이를 정량화 하였다. 분사접합재의 접합강도는 ISO4386/2에 규정된 접합강도 측정(Chalmer's test)법에 의거하여 측정하였다. 이종금속의 접합이 용이한 수평식/수직식 겸용 분사주조장치를 고안·개발하였다. 또한 분사접합시 back m