Al-Si/Cu 바이메탈의 계면 접합 조직 발달에 미치는 주조 온도 및 개질화 원소의 영향 = Effect of Casting Temperature and Modifying Elements on Interface Microstructure of Al/Cu Bimetals

국문 초록 (Abstract)

복합 주조로 제조된 Al-7Si/Cu 바이메탈에서 주조 온도 변화와 Sr 첨가에 따른 미세조직 및 기계적 성질의 변화에 대하여 연구하였다. 특히 Al-7Si/Cu 계면의 금속간화합물 층 이후에 형성되는 멀티페이즈 반응층의 변화에 중심을 두고 연구하였다. 기존 연구가 주로 금속간화합물 반응층의 두께가 기계적 성능에 미치는 영향을 강조한 반면, 본 연구는 멀티페이즈 반응층 내 공정 상의 개질 및 미세화와 그로 인한 기계적 특성에 미치는 영향을 중심으로 연구하였다. Sr을 첨가하였을 때 금속간화합물 반응층의 큰 변화는 없지만 멀티페이즈 반응층의 공정 상들은 개질 및 미세화되어 균일한 분포를 보였다. 압축 시험 결과 Sr을 첨가한 바이메탈은 Sr을 첨가하지 않은 시편에 비해 더 높은 강도와 더 큰 연신율을 확인할 수 있었다. 또한 파괴 거동에서 Sr을 첨가하지 않은 시편은 취성적인 금속간화합물 반응층을 따라 급격하게 진행되었지만 Sr을 첨가 시 균열이 지연되고 계면을 따라 점진적으로 전파되었다. 따라서 멀티페이즈 반응층 내 공정 상의 제어와 복합 주조 공정을 통해 Al-7Si/Cu 바이메탈의 미세조직을 최적화하고 기계적 특성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study examined the influence of Sr addition on the microstructure and mechanical properties of Al–Si/Cu bimetals fabricated by compound casting. Particular emphasis was placed on the multi-phase layer formed beyond the intermetallic compound layer at the Al–Si/Cu interface. Whereas most previous research has primarily highlighted the effect of intermetallic compound layer thickness on mechanical performance, the present work focused on the modification of eutectic phases in the multi-phase region and their impact on overall material behavior. The addition of Sr on the Al-Si alloy did not produce major morphological changes in the intermetallic compound layer itself; however, it significantly refined and homogenized the eutectic phases in the multi-phase region, leading to a finer and more uniformly distributed structure. Compression testing demonstrated that the bimetals containing Sr exhibited both higher strength and greater elongation compared with those without Sr. Furthermore, a clear transition in fracture behavior was observed: cracks that previously propagated rapidly along brittle intermetallic compound phases in the Sr-free bimetals were delayed and gradually deflected through the interfaces in the Sr-modified bimetals.
Overall, the results demonstrate that controlling eutectic phase in the multi-phase layer, combined with compound casting, provides an effective strategy to optimize microstructure and improve the mechanical reliability of Al–Si/Cu bimetals.

목차 (Table of Contents)

• I. 서 론 1
• II. 이론적 배경 4
• 1. 구리 및 알루미늄 4
• 2. Al-Si계 합금의 첨가 원소 영향 8
• 3. 첨가 원소가 응고에 미치는 영향 11
• 4. 바이메탈 15
• 5. 바이메탈 제조 19
• 6. Al/Cu 바이메탈의 확산 및 접합 기구 21
• 7. 기계적 특성 27
• III. 실험 방법 32
• 1. 복합 주조에 의한 Al-7Si-xSr/Cu 바이메탈 제조 32
• 2. 미세조직 관찰 35
• 3. 기계적 특성 분석 36
• IV. 결 과 37
• 1. 미세조직 관찰 37
• 2. Al-7Si-xSr/Cu 바이메탈의 기계적 특성 변화 51
• V. 고 찰 57
• 1. Sr 첨가에 따른 미세조직 변화 57
• 2. Sr 첨가가 바이메탈의 기계적 특성에 미치는 영향 59
• VI. 결 론 64
• VII. 참고 문헌 65