반응소결법에 의해 엔진밸브형상으로 제조한 TiAl-Mn 금속간화합물의 특성

초록

자동차의 고성능화 연비개선 요구에 대하여 엔진부품, 특히 배기밸브와 같은 운동 부풍의 경량화와 내열성 향상이 주요한 대응책의 하나로 대두되고 있다. 이러한 상황을 배경으로 최근, 종래의 밸브재료(내열강, Ni기 초합금)에 비해 약 반정도의 비중과 우수한 고온강도를 갖는 TiAl기 금속간 화합물을 배기밸브에 적용하기 위한 연구가 전개되고 있다. 그러나 본 화화물을 자동차 엔진용 배기밸브에 실용화하기 위해서는 우수한 재료성능의 확보는 물론, 조성 및 조직제어가 용이한 반응소결법을 적용하여 TiAl-Mn기 금속간화합물을 제조하였다. 또한 이들반응소결법으로 제조한 TiAl-Mn 및 대표적인 밸브강인 STR35, STR11의 경우와 비교하였다. 실험결과, 1) HIP을 이용한 반응소결에 의해, 치밀하고 균질한 조직을 갖는 자동차 엔진밸브형상의 TiAl-Mn기 금속간화합물을 얻을 수 있었다. 2) 인장시험결과, Ti-45at%Al-1.6at%Mn 조성의 반응소결재가 실온 및 800℃에서 만족할 만한 강도와 연성을 나타내었다. 3) 24시간동안 산화시험을 행한 결과, Ti-45at%Al-1.6at%Mn용제재는 온도상승에 따라 산화증량이 급격히 증가하였으나, 반응소결재는 전 시험온도에서 극히 낮은 산화증량값을 유지하고 있어 반응소결재의 내 산화성이 우수함이 판명되었다. 또한 STR35의 내산화성은 900℃이상의 온도영역에서 용제재에 비해 우수하였으나, 반응소결재에는 미치지 못하였다. 4) 800 및 900℃에서 600시간까지 실시한 장시간 산화시험에 있어서도 반응소결재의 내산화성이 STR35보다 우수하였는데, 이것은 반응소결재의 산화피막내에 형성된 연속적이고 치밀한 Al2O3층이 유효한 보호막으로 작용하였기 때문으로 판단되었다. 5) 1000℃에서 24시간동안 산화처리를 실시한 반응소결재는 무처리재 및 고주파소입한 STR11에 비해 우수한 내마모성을 나타내었다.