현재자동차에알루미늄합금을가장많이사용하는국가는미국, 일본, 독일입니다. 예를들어독일폭스바겐의아우디 A8과 A2, 일본의 NXS는차체에알루미늄합금을 80% 사용합니다. 상하이산타나, FAW 아우디, 제타(모두수입생산라인)에서사용하는알루미늄합금을제외하면우리나라자동차는약 80~100kg으로더 많은적신호가켜져있습니다. 일부데이터에따르면기존의강철구조를알루미늄합금구조로대체하면자동차의품질을 30~40%, 엔진제조는 30%, 휠제조는 50%까지줄일수 있습니다. 알루미늄합금의사용은자동차를경량화, 환경친화적, 에너지절약, 속도향상및 효율적인운송을위한중요한방법중 하나입니다. 따라서알루미늄합금자동차의연구개발은이제매우필요합니다. 알루미늄합금의주요장점은가볍고열 방출이좋다는것입니다. 엔진기술의발전으로밸브구조는엔진의주류설계트렌드가되었습니다.
2밸브엔진에비해실린더당 4개의밸브가있는실린더헤드는실린더당 2개의밸브가있는실린더헤드보다더 많은열을발생시킵니다. 올알루미늄합금실린더헤드를사용하는것이가장좋은해결책입니다. 현재자동차엔진부품의피스톤, 라디에이터, 오일팬 및실린더블록뿐만아니라실린더헤드와크랭크샤프트도알루미늄합금으로만들어졌습니다.
상자도이 소재를사용합니다. 현재상황에서는엔진에주철대신알루미늄합금을사용하는것이주류트렌드가되었습니다. 프랑스자동차의알루미늄실린더라이너는 100 %에도달했고알루미늄실린더블록은 45 %에도달했습니다. 향후몇 년동안고강도및 고품질알루미늄합금소재의성공적인개발과제조공정의지속적인개선으로알루미늄합금소재는이러한유형의부품을제조하는데 점점더 많이사용될것입니다. 자동차용알루미늄합금은주조알루미늄합금과변형알루미늄합금으로나눌수 있습니다. 주조알루미늄합금은자동차에가장많이사용되는합금으로 80% 이상을차지하며중력주조, 저압주조및 기타특수주조부품으로나뉩니다. 변형알루미늄합금에는플레이트, 포일, 압출소재, 단조품등이포함됩니다. 세계여러국가에서산업용알루미늄합금재료의다양성과구성에는일정한차이가있지만일반적으로동일합니다. 다양한구성: 주물이약 80%를차지하고단조가 1~3%를차지하며나머지는가공재료입니다. 단조알루미늄합금은미국자동차산업에서 36%에달하는큰 비중을차지합니다.
주조알루미늄합금의응용
주조알루미늄합금은주조특성이우수합니다. 사용목적, 부품의모양, 치수정확도, 수량, 품질표준, 기계적성능및 경제적이점의요구사항에따라적합한합금과적합한주조방법을선택할수 있습니다. 주조알루미늄합금은주로엔진실린더블록, 클러치하우징, 리어액슬하우징, 스티어링기어하우징, 변속기, 밸브트레인, 오일펌프, 워터펌프, 로커커버, 휠, 엔진프레임, 브레이크캘리퍼, 실린더및 브레이크디스크와같은비 엔진구성품을주조하는데 사용됩니다.
엔진용알루미늄합금
자동차엔진에사용되는알루미늄합금은가장가벼우며일반적으로무게를 30% 이상줄입니다. 또한엔진의실린더블록과실린더헤드는열전도율이우수하고내식성이강한소재가필요하며, 알루미늄합금은이러한측면에서뛰어난특성을가지고있습니다. 따라서다양한자동차제조업체에서엔진알루미늄에대한연구개발을수행했습니다. 현재많은외국자동차회사들이올 알루미늄엔진실린더블록과실린더헤드를채택하고있습니다. 예를들어, 미국제너럴모터스는모든알루미늄실린더라이너를채택했고, 프랑스자동차회사알루미늄실린더라이너는 100%, 알루미늄실린더블록은 45%에도달했으며, 일본닛산 VQ와도요타의렉서스 IMZ-FEV6는주조알루미늄엔진오일을채택했습니다. 하단쉘; 크라이슬러의새로운 V6 엔진실린더블록과실린더헤드는알루미늄합금소재로만들어졌습니다.
독일폭스바겐의고급 6. 0L W12 엔진은기본적으로알루미늄-마그네슘합금으로만들어집니다. 아우디 A8L 6. 0 콰트로세단은 W12 엔진을채택하여차량중량을다른모든모델보다낮은 1980kg으로줄였습니다. W12 엔진은 450마력, 560Nm의강력한힘을내기때문에단위마력당가속에필요한무게가고성능스포츠카와비슷한 4. 7kg에불과합니다.
폴라리스시리즈엔진은 LS 엔진시리즈를제외한 GM의최고급엔진입니다. 미국최초의오버헤드캠샤프트가장착된 V8 알루미늄합금엔진입니다. 실린더라이너는모두알루미늄합금다이캐스팅으로제작되었습니다. 현재캐딜락에널리사용되는 4.6리터엔진은최고출력 320마력, 최대토크 427Nm의성능을발휘합니다. 고성능 V 시리즈에사용되는슈퍼차저모델은 476마력/606Nm에달할수도있습니다.
휠허브용알루미늄합금
알루미늄휠은가볍고열 방출이우수하며외관이좋아점차강철휠을대체하고있습니다. 지난 10년간전 세계알루미늄합금자동차휠은연간 7.6%의성장률을기록했습니다. 분석에따르면 2010년까지자동차휠의알루미늄화비율은 72%에서 78%에달할것으로예상됩니다. A365는주조알루미늄합금으로주조특성이우수하고종합적인기계적특성이높습니다. 전세계의주조알루미늄합금휠은이러한유형의합금으로생산됩니다. 우리나라남서알루미늄가공공장과일본경금속주식회사가공동으로 A6061 알루미늄합금휠을개발했습니다. 자동차에널리사용되는알루미늄휠은알루미늄합금을자동차에적용한예입니다. 거의모든신형모델에알루미늄합금휠이사용됩니다.
단조알루미늄합금적용
변형알루미늄합금은주로자동차에서도어및 트렁크, 범퍼, 엔진후드, 휠스포크, 허브커버, 휠외장커버, 브레이크어셈블리용보호커버, 머플러커버, 안티록브레이크등의차체패널을제조하는데 사용됩니다. 브레이크시스템, 열교환기, 차체프레임, 시트및 바닥패널과같은구조부품과대시보드와같은장식부품.
차체패널용알루미늄합금
자동차에서플레이트의적용비율은계속증가하고있습니다. 예를들어, 열처리된 6000 시리즈(AI-Mg-Si 시리즈) 알루미늄합금판(예: T4, T6, T8)은자동차의쉘 요구사항을잘 충족할수 있습니다. 차체프레임소재제작. 아우디 A8의차체판금부품은이 시리즈의합금알루미늄소재를채택합니다. 또한 2000 시리즈 (AI-Cu-Mg 시리즈), 5000 시리즈 (AI-Mg 시리즈) 및 7000 시리즈 (AI-Mg-Zn-Cu 시리즈) 알루미늄합금도차체재료에적용할 수있습니다. 최근에는 6000 시리즈및 7000 시리즈고강도알루미늄합금을사용하여 \"口\", \"日\", \"目\" 모양의얇은판재와중공프로파일을개발했습니다. \"田\" 모양의박판및 중공프로파일을개발하여무게가가볍고강도가높을뿐만아니라균열저항성이우수합니다. 성형성능이우수하여자동차에널리사용되고있습니다.
기타알루미늄합금구조부품
알루미늄합금은다음과같은자동차의다른부분에도널리사용됩니다: 제너럴모터스는 7021 알루미늄시트를사용하여스무레자동차범퍼보강브래킷을만들고, 포드는 7021 알루미늄시트를사용하여링컨타운자동차범퍼보강브래킷을만듭니다. 알루미늄합금소재는자동차서스펜션부품에도적용되어해당부품의품질을효과적으로낮추고 6061 단조로생산되는디스크브레이크조 및동력전달프레임과같은자동차주행의부드러움과안정성을향상시킵니다. 또한알루미늄합금은자동차에어컨시스템에도널리사용됩니다. 예를들어, 일본은자동차라디에이터와냉장고라디에이터에 6595 알루미늄합금을사용합니다.
자동차에새로운알루미늄합금의적용
급속응고알루미늄합금
급속응고조건(냉각속도 104~109℃/S)에서재료는초미세미세구조, 합금의고체용해도한계증가, 조성이매우균일하고분리가적거나분리되지않음, 새로운준안정성동등성형성등 구조에몇 가지새로운특징을일으킬것입니다. 이러한특성을바탕으로급속응고알루미늄합금은자동차산업에서필연적으로사용될것입니다. 스미토모전기는소결강대신급속응고 PM AI-Si-X 고실리콘알루미늄합금을사용하여자동차에어컨압축기로터와블레이드를대량으로제조하여로터의무게를 60%, 전체압축기의무게를 40% 줄였으며야마하자동차제조회사는급속응고고실리콘알루미늄합금피스톤도시장에출시했습니다. 이피스톤은일반주철에비해무게가 20 % 감소하고수명이 30 % 증가하며소음과공해를크게줄입니다. 마쓰다자동차회사는 Al-Si-Fe-Cu-Mg 합금의스프레이증착을사용하여새로운유형의엔진로터를만들어엔진효율을향상시키고연료를 20 % 절약할 수있습니다.
알루미늄매트릭스복합재
세라믹섬유, 수염, 입자등을보강재로사용하여알루미늄기반복합재료를생산합니다. 비강도, 비탄성계수, 내열성, 내마모성등이크게향상되어분말야금과같은엔진부품으로사용할수 있습니다. 성공적으로개발된 Al2O3 또는 SiC 입자(수염)로강화된 Al-Si 합금피스톤은 Al-Si 합금피스톤의장점을유지하면서피스톤의강도, 내마모성, 내열성및 피로저항성을더욱향상시킬수 있습니다. 자동차엔진에사용되며, 입자강화알루미늄기반복합재료는차량엔진의실린더블록, 피스톤및 커넥팅로드제조에도사용할수 있습니다.
폼알루미늄합금
알루미늄폼은금속매트릭스에수많은기포가분포되어있는다공성소재입니다. 이소재는무게가가볍고무게대비강도가높으며에너지흡수특성, 높은감쇠특성및 진동흡수특성을가지고있습니다. 두개의고강도외부패널사이에발포알루미늄을채워만든샌드위치패널은차체루프패널에사용하면강성을높이고무게를경량화하며단열성능을향상시킬수 있습니다. 범퍼, 세로빔 및일부필러부품에사용됩니다. 충돌시 충격에너지흡수능력을높일수 있으며, 무게를줄이면서충격안전성을향상시킵니다.
자동차에서알루미늄합금의발전전망
경량금속중 마그네슘합금의밀도는알루미늄합금보다작지만마그네슘잉곳의비용이높고고온다이캐스팅합금및 설계데이터부족, 표면처리기술부족, 낮은수준의결합과같은부품제조공정에많은기술적장애가있으므로현재자동차에서의사용은매우제한적이며항공우주에사용되는티타늄합금은기계적강도가높지만제조공정이어렵고제조비용이비싸서자동차생산에티타늄합금을대량으로사용할수 없습니다. 알루미늄합금은비용, 제조기술, 기계적특성, 지속가능한개발(지구지각에서가장많은알루미늄함량, 8. 1% 차지) 및기타측면에서종합적인성능이우수합니다. 따라서알루미늄합금은현재와미래의자동차산업에서선호되는경금속소재입니다.
자동차에사용되는알루미늄 1kg당 2.25kg의무게를줄여최대 125%의경량화효과를얻을수 있으며, 자동차의전체수명주기동안배기가스배출량을 20kg까지줄일수 있습니다. 또한알루미늄재활용은강철을제외하고는간단합니다. 위의표에서자동차에사용되는알루미늄 1kg마다자체중량을 2. 25kg까지줄일수 있으며최대 125%의중량감소효과가있으며자동차의전체수명주기동안배기가스배출량을줄일수 있음을알 수있습니다. 또한알루미늄은재활용이용이하여강철을제외하고는최대한재활용할수 있는소재입니다. 자동차에사용되는알루미늄의거의 90%가재활용및 재사용이가능합니다. 알루미늄은물리적, 화학적특성이우수합니다. 산업생산에서주조, 단조및 펀칭공정에적용될수 있습니다. 다양한주조공정으로부품을제조하는데 사용할수 있는몇 안되는금속소재중 하나입니다. 광범위한압력주조공정에가장적합합니다. . 그러나알루미늄합금의비용은여전히강철재료보다높습니다. 재활용재료, 자동차알루미늄의거의 90 %가회수및 재활용될 수있습니다. 알루미늄은물리적및 화학적특성이우수합니다. 산업생산에서주조, 단조및 펀칭공정에적용될수 있습니다. 다양한주조공정으로부품을제조하는데 사용할수 있는몇 안되는금속소재중 하나입니다. 광범위한압력주조공정에가장적합합니다. . 그러나알루미늄합금의비용은여전히강철재료보다높습니다. 차체의무게는자동차전체무게의약 30%이므로차체의경량화가중요한역할을합니다. 자동차의내부및 외부패널에서
강판대신알루미늄합금판을사용하면차체무게를약 40~50% 줄일수 있으며, 알루미늄합금커버부품을사용하여전체차량의무게를 10%~15% 줄이면알루미늄합금차체플레이트사용의무게감소효과가매우크다는것을알 수있습니다. 알루미늄합금은자동차경량응용분야에서좋은응용기반과시장전망을제공하며, 이는필연적으로알루미늄합금자동차패널의적용에더 큰기회를가져올것입니다. 따라서차체패널을제조하기위해강판을대체하기위해알루미늄합금판을사용하는것도자동차의무게를줄이기위한불가피한방법입니다. 독일아우디 A8 프리미엄세단의차체전체가알루미늄으로만들어졌으며프레임은 3차원프레임구조이며커버는알루미늄으로스탬핑됩니다. 강철차체에비해이러한종류의알루미늄차체는질량이 30-50 % 감소하고연료소비가 5-8 % 감소합니다.
현재우리나라의자동차생산량은미국, 일본, 독일에이어세계 4위를차지하고있습니다. 자동차알루미늄화비율측면에서우리나라의기술은여전히상대적으로뒤떨어져있습니다. 현재선진국의자동차알루미늄사용량은 138kg에달하고알루미늄화비율은 12%에이르렀습니다. 그러나우리나라자동차의알루미늄사용은외국에비해훨씬뒤떨어져있습니다. 평균알루미늄소비량은 60kg에불과하고알루미늄화비율은 5% 미만입니다. 따라서우리나라자동차알루미늄합금시장의발전전망은매우광범위합니다.
알루미늄합금적용의네 가지주요장애물
자동차에알루미늄합금의적용을확대하면경제적, 사회적으로큰 이득을얻을수 있지만다음과같은시급한해결과제가남아있습니다:
