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다이캐스팅법에 의한 고강도 피스톤 개발

전문가 제언: ○ 니켈(Ni)이 알루미늄에 첨가되면, 융점 1,638℃의 NiAl 금속간화합물을 비롯하여 고온에서 안정한 Ni3Al(1,395℃ 이하에서 안정), Ni2Al3(1,133℃ 이하에서 안정) 등 내열성이 높은 중간상 석출강화에 의하여 고온강도를 향상시킨다.

– 그리하여 일반 승용차 및 트럭용 알루미늄 피스톤 합금에는 1.5%, 소방차, 경기용 자동차, 기관차, 선박, 발전기 등 시동과 동시에 급발진(急發進)을 요하거나 중하중(重荷重)을 받는 피스톤에는 4%의 Ni이 첨가되고 있다.

– 그러나 Ni은 값이 비싸며 전략적으로 중요한 물자이고 그 부존이 편재된 자원이기 때문에 그 사용을 제한하여 왔지만, 지구 환경 보호라는 견지에서, 자동차 연비 향상과 탄산가스 배출 감소에 대한 시대적 요구에 따라 첨가량을 늘이는 방향으로 바뀌어 가고 있다.

○ Tanihata(谷畑) 등은 Honda R&D(Honda R&D Co., Ltd. Automobile R&D Center, (株)本田技術硏究所四輪開發 center)에서 Honda(소위, Honda Motor, 本田技硏工業株式會社)를 위하여 하이브리드 자동차용 고강도 피스톤을 개발하였다.

○ 지금까지 알루미늄 피스톤은 GDC(Gravity Die Casting, 중력 금형 주조) 방식으로 제조되어 왔으나, Tanihata 등은 다이캐스팅에 의하여 급랭과 가압의 효과를 얻어 피스톤 조직의 미세화로서 니켈의 합금 양을 5%까지 증가시킬 수 있었다.

– 그 결과 피로강도는 180%(573K), 150%(523K), 150%(473K), 내마모성은 600%(523K), 영률은 116%(293K)까지 크게 향상시켰으며, 열팽창계수는 94%(293K), 열전도도는 89%(293K)로 감소시킬 수 있었다.

○ 이는 가볍고 내열성 좋은 피스톤 제조를 가능케 하여 하이브리드 자동차의 실용화에 일익을 담당하였을 것으로 사료되므로 국내의 자동차 업계에 참고가 될 것이다.

저자: Akito TANIHATA, Naoko SATO, Koji KATSUMATA et al
자료유형: 학술정보