2004. 5. 18. Nano-Interfacial Engineering Laboratory DooHo Yang Korea University 재료의 종류 및 활용 2004. 5. 18. Nano-Interfacial Engineering Laboratory DooHo Yang Dept. of Chemical & Biological Engineering

자동차 재료의 필요 특성 ① 경량,고성능화, 외관향상 ② 고면압력화, 피로강도 향상 ③ 열피로 강도 향상 ④ 내 마찰성 향상 ⑤ 성형성 향상, 가공성 향상 ⑥ 주물의 고밀도화 ⑦ 생산성 향상 자동차 구성재료의 추이 - 알루미늄과 프라스틱의 비중이 증가 금속이 70%, 프라스틱이 약7% Nano-Interfacial Engineering Lab. 2/28

PART I . 철강 재료 강판 강관 구조용강 주철재료 소결재료 Nano-Interfacial Engineering Lab. 3/28

강판 강판 : 저탄소강을 얇게 압연시킨 재료로 자동차에 가장 많이 사용 - 알루미늄, 강화플라스틱에 비해 강도, 강성, 가공성에서 뛰어남 강판재료 : 냉간압연강판, 표면처리강판, 열간압연강판 요구사항 : 주행성능, 방청성능, 진동·소음저감 향상 - 경량화 : 수지, 알루미늄 등 저비중재료 사용 고장력강판 (철판의 두깨를 줄임) - 방청성능향상 : Zn계 합금 사용(Zn, Zn-Fe, Zn-Ni) 유기복합형 피막강판 Nano-Interfacial Engineering Lab. 4/28

냉연강판 Nano-Interfacial Engineering Lab. 5/28

강관 강관재료 : 구조용강관, 배관용강관 Propeller Shaft, Shock absorber : 고강력 강관, 중량화 Exhaust Manifold : 엔진성능, 경량화 (주물 => 스테인레스 강관) 배관용, 구조용, 송유관, 열전달용, 철탑용 Nano-Interfacial Engineering Lab. 6/28

PART II . 비철금속재료 알루미늄합금 마그네슘합금, 티타늄합금 Nano-Interfacial Engineering Lab. 7/28

알루미늄 합금 경량화를 통한 연비개선을 위해 경합금으로 알루미늄 사용 증가 - 주물 관련부품 (실린더블럭, 실린더 헤드, 피스톤, 알루미늄 휠, 라디에이터, 범퍼 바디 하우징) - 혼다 NSX : 바디 전체를 알루미늄으로 제조 (210 kg 스틸을 140 kg 감소) - 삼성자동차 : SM5 상급모델의 엔진블럭 자체를 알루미늄합금으로 제조 Nano-Interfacial Engineering Lab. 8/28

마그네슘·티타늄 합금 마그네슘 합금 : 경량화와 고도정밀성의 요구에 따라 일부 부품에 사용 - 가장 경량의 실용 금속재료로 알루미늄의 대체 가능성 티타늄 합금 : 고도정밀 가공부품에 일부 사용되기 시작 Nano-Interfacial Engineering Lab. 9/28

PART III . 비금속재료 세라믹스 내장재 고무 접착재료 도료 윤활재료 Nano-Interfacial Engineering Lab. 10/28

세라믹스 고온성, 고강도성, 내마모성, 화학적 안정성 등 신소재 개발로 확대 용도 - 기능성 세라믹스 : 전자기적, 광학적 특성 이용 (자동차용 각종 센서나 표시장치에 적용) - 구조용 세라믹스 : 경량, 고온강도, 내마모성 (디젤엔진부품으로 사용) 문제점 : 양산성 성형가공 불가능, 세라믹의 파괴는 금속과 달리 결정적이 복잡한 2차 파괴로 나타나 설계나 접합기술상 어려움 Nano-Interfacial Engineering Lab. 11/28

내장재 내장재 섬유소재 : 나일론, 폴리에스테르, 레이온, 아크릴, 양모, 면 - 자연소재인 피혁, 울 등 소재 사양 증가 - 자연소재인 피혁, 울 등 소재 사양 증가 사용 부품에 따라 : 의장용, 방음용, 보안용, 완충용 Nano-Interfacial Engineering Lab. 12/28

고무 차량중량의 10% 이상 사용 타이어, 튜브 방진고무 : 자동차의 진동 감쇠 Hose 및 Seal : 유체 통로 확보, 누유 방지 Weatherstrip : wind noise 유입방지, 불순물 침입 방지 Nano-Interfacial Engineering Lab. 13/28

접착재료(1) 접착 : 화학적 침입으로 재료와 재료를 연결, 접합, 밀봉 용접 보강, 방청, 강성 보완 실리콘 실런트, 헤밍실러, 스팟실러, 혐기성 접착제, 순간접착제 점착 : 화학적 침입으로 재료를 접합시키지만 끈기를 가진 재료로서 단순한 물리적 부착력을 가짐 포스트잇 Nano-Interfacial Engineering Lab. 14/28

접착재료(2) 실링용 접착 - 현장 성형 가스켓 : 공기중의 수분과 반응하여 경화 Oil Pan Gasket, Water Pump, AT Case 접합시 사용 - 혐기성 접착제 : 공기과의 차단 금속과의 접촉으로 경화 엔진·샤시계, 용접 대처, 볼트/너트 수를 줄임 구조용 - MASTIC 실러 : 합성고무(주성분) , 외판과 내판사이를 접합 - HEMMING 실러 : EPOXY(주성분), Moving Part 내부에 적용 - SPOT 실러 : 합성고무(주성분), Gap이 큰 부위에 사용(수밀, 방청) 도장용 - 도장실러 : PVC(주성분), 수밀, 충진, 방청용으로 사용 Nano-Interfacial Engineering Lab. 15/28

도료(1) 목적 : 재료를 보호하기 위해 내습성, 내수성, 내후성, 내유성, 내약품성 등을 부여하여 금속의 녹 발생, 목재의 부식 방지 - 자동차, 철교, 냉장고, 전기 세탁기 자유로운 색채, 광택, 평활성, 모양 등을 부여 - 안전표지, 광고, 간판, 색체조절 성분 : 수지와 니스, 안료, 용제, 첨가제 Nano-Interfacial Engineering Lab. 16/28

도료(2) 자동차 도장 : 염해부식 대응 (아연철판, 유기피막강판, GA 강판) Anion, Cation형 전착 프라이머, 내치핑 실러, RPP 사용 - 표면 처리 : 인산 아연계의 화성처리(스프레이, 디핑) 자동차 차제의 방청유, 절삭 찌꺼기 제거 도료의 시험법 : 상태, 점도, 조도, 비중, 내충격성, 투명성, 건조시간 등 Nano-Interfacial Engineering Lab. 17/28

윤활 재료(1) 내구수명 향상, 배출가스 감소, 연비향상, 승차감 향상 윤활유류 (엔진오일, 변속기유, 파워스티어링오일) 특수윤활재료(그리이스류, 기타 고체윤활재) Nano-Interfacial Engineering Lab. 18/28

윤활 재료(2) 자동차용 윤활유 - 엔진유 : 가솔린, 디젤, CNG (연비향상, 교환주기 연장) - 변속기유 : 수동, 자동변속기유, 무단변속기유 (저마찰, Shift Feeling ) - 그리이스 : 샤시용, 베어링용, 특수 그리이스 (내구성 향상) 액상재료 - 부동액 : 장수명, 환경친화형 - 브레이크액 : 고비점 브레이크액 - 파워스터어링액 : 저온성, 소음 방지형 Nano-Interfacial Engineering Lab. 19/28

PART IV . 플라스틱 내장 및 외장 플라스틱 - 감성품질 향상, 고기능성, 환경친화성, Weatherable - 사출성형 적용(열가소성 수지 - PP) - 모듈화(엔지니어링 플라스틱, 유리섬유 보강 복합재료 사용) 차체 외판 및 구조용 플라스틱 - 경량화 파워트레인 및 샤시 플라스틱 Nano-Interfacial Engineering Lab. 20/28

내장 및 외장 플라스틱 내장부품 : Crash Pad, Pillar Trim, Rear Package Tray 등 외장부품 : Bumper, Wheel Cover, head Lamp, Door Handle 등 Nano-Interfacial Engineering Lab. 21/28

차체 외판 및구조용 플라스틱 성형공법 : 열가소성 수지 사출성형, 열경화성 수지 프레스 성형 차체 외판 : Fender, Roof, Side Outer Paner, Quarter Panel Moving 부품 : Hood, Door, Tailgate, Trunk Lid Nano-Interfacial Engineering Lab. 22/28

파워트레인 분야 엔진분야 : 흡기계, 구동계, 커버류, 워터 펌프 임펠러 트랜스미션 분야 : 자동변속기용, 수동변속기용 Nano-Interfacial Engineering Lab. 23/28

샤시 분야 연료 시스템, 에어 인덕션 시스템, 프런트엔드 모듈 트랜스미션 분야 : 자동변속기용, 수동변속기용 Nano-Interfacial Engineering Lab. 24/28

PART V . 미국의 소재 관련 정책 재료 분류 : Biomaterials, Ceramics, Composites, Electronic materials, Magnetic materials, Metals, Optical/Photonic materials, Polymers, Superconducting materials 집중 분야 : 우주항공분야, 자동차분야, 전자분야 환경기술분야, 하부구조 Nano-Interfacial Engineering Lab. 25/28

재료 분류(1) 생체재료 : 인간생체, 생물학적 세포와 상응되는 재료 - 치과용 필링이나 크라운 - 인공심장, 음식물 용기 (금속, 무기, 고분자 사용) 무기재료 : 비금속 무기재료. 경량, 부식저항, 경도, 고온 특성 - Spark Plug Insulator - 고온엔진재료, thermal coating재료 복합재료 : 두개 혹은 그 이상의 재료가 혼합되는 재료 - 무기재료, 금속재료, 유기기지재료 - 섬유유리(epoxy 기지에 유리섬유가 혼합됨) Nano-Interfacial Engineering Lab. 26/28

재료 분류(2) 전자재료 : 신호를 전달하는 반도체와 같은 재료. 전자회로에 중요 - Si, Ge, GaAs, InP - 금속, 무기재료, 고분자재료 자성재료 : 금속, 유기, 무기 재료를 바탕으로 전자스핀이 일정한 구조로 배열하여 각자의 방향에 따라 당기거나 밀거나 하는 행위를 하는 재료 - 철금속, 회토류 철합금자석 금속재료 : 자유전자로 인해 높은 전기전도도, 빛의 반사성, 높은 열전도, 전성, 연성의 특성을 가짐 - 철, 알루미늄 및 그 합금 - 알루미늄, 니켈, 티타늄 합금 (경량, 고온, 고강도) Nano-Interfacial Engineering Lab. 27/28

재료 분류(3) 광학재료 : 빛을 전달하는 재료 - 레이저 - 윈도우 페인, 광섬유 (유리가 사용) 고분자재료 : 분자가 긴 체인 형태로 배열된 재료 - 플라스틱 컨테이너, LCD, 플라스틱 랩 - 전자패키징, 항공기재료 초전도재료 : 전기저항 없이 전자의 흐름을 이룰 수 있도록 하는 재료 - 고온에서 초전도 성질을 나타내는 산화물, 유기재료 등 Nano-Interfacial Engineering Lab. 28/28