Composites Research

The Korean Society for Composite Materials (한국복합재료학회)
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A Study on the Applicability of CNT/Aluminum Nanocomposites to Automotive Parts

CNT강화 알루미늄 나노복합재의 자동차용 부품 적용성 연구

  • Received : 2015.07.07
  • Accepted : 2015.08.27
  • Published : 2015.08.31
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Abstract

Various characteristics(thermal expansion, microstructure, etc.) and mechanical properties of CNT-aluminum nano composites manufactured by volume production system were evaluated. Also, formability and durability were evaluated for potential applications in automotive parts, via compared with high-elasticity material (A390) and the current commercial product. As a result, this composite has excellent mechanical properties and formability, therefore, to verity its potential for application as light and high strength materials in automobile part.

CNT(carbon nanotubes) 강화 알루미늄 나노복합재는 우수한 기계적 특성으로 자동차용 차세대 경량재료로 주목을 받고 있으나 소재 제조 과정에 있어 CNT의 균일 분산 확보가 어렵고 대량제조 공정 확립이 어려워 자동차 부품으로의 적용이 어렵다. 그러나 점차 CNT 생산이 대량화 되고 있고 복합재로서의 특성이 개선되고 있다. 따라서 본 연구는 CNT강화 알루미늄 나노복합재의 현 수준을 확인하고 자동차 부품 관점에서의 적용가능성을 검토하고자 하였다. 평가에 사용된 소재는 20L급 High energy milling기에서 알루미늄 분말과 CNT를 혼합한 후, 소결 및 압출하여 봉상(${\phi}80$)으로 제조되었다. 소재 관점에서 기계적 특성 및 열적 특성을 분석하였으며, 부품 적용성 관점에서는 현재 자동차 부품에 사용되는 소재와 그 소재가 사용되는 각 부품의 주요 요구 특성을 상대 비교하였다. 고강성과 성형성이 요구되는 부품에 사용되는 상용소재(A390) 및 SiC/Al 복합재와 성형성 비교평가를 진행하였으며, 탄성계수를 측정하였다. 피로 내구 및 경량화가 요구되는 메인베어링캡 양산소재와의 내구성 비교 평가를 실시하였다. 또한 고온 안정성이 요구되는 피스톤용 내열 소재와 열팽창계수 및 열화에 따른 강도저하를 비교 평가하였다. 구배가 큰 금형을 설계하여 단조 가공 후, 성형성(외관 crack 및 성형압 측정)을 비교하였으며, 내구성 평가를 위해 실제 부품인 H사(社) 소형 엔진블록의 메인베어링 캡을 적용하여 일축 단품 피로 시험을 진행하였다. 이를 통해 우수한 소재 특성을 확인하였고, 자동차 구조용 부품으로 적용이 가능함을 확인하였다.

Keywords

References

  1. Wong, E.W., Sheehan, P.E., and Lieber, C.M., "Nanobeam Mechanics: Elasticity, Strength, and Toughness of Nanorods and Nanotubes," Science, Vol. 277, 1997, pp. 1971-1975. https://doi.org/10.1126/science.277.5334.1971
  2. Falvo, M.R., Clary, G.J., Taylor, II, R.M., Chi, V., Brooks, Jr, F.P., Washburn, S., and Superfine, R., "Bending and Buckling of Carbon Nanotubes under Large Strain," Nature, Vol. 389, 1997, pp. 582-584. https://doi.org/10.1038/39282
  3. Yu, M.F., Files, B.S., Arepalli, S., and Ruoff, S., "Tensile Loading of Ropes of Single Wall Carbon Nanotubes and their Mechanical Properties," Physical Review Letters, Vol. 84, 2000, pp. 5552-5555. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.84.5552
  4. Yu, M.F., Lourie, O., Dyer, M.J., Moloni, K., Kelly, T.F., and Ruoff, R.S., "Tensile Loading of Ropes of Single Wall Carbon Nanotubes and their Mechanical Properties," Science, Vol. 287, 2000, pp. 637-640. https://doi.org/10.1126/science.287.5453.637
  5. Salvetat, J.P., Kulik, A.J., Bonard, J.M., Briggs, G.A.D., Stockli, T., Metenier, K., Bonnamy, S., Beguin, F., Burnham, N.A., and Forro, L., "Elastic Modulus of Ordered and Disordered Multiwalled Carbon Nanotubes," Nanotechnology, Vol. 17, 2006, pp. 7-12. https://doi.org/10.1088/0957-4484/17/1/002
  6. Goh, C.S., Wei, J., Lee, L.C., and Gupta, M., "Development of Novel Carbon Nanotube Reinforced Magnesium Nanocomposites Using the Powder Metallurgy Technique," Science, Vol. 287, 2000, pp. 637-640. https://doi.org/10.1126/science.287.5453.637
  7. Shimizu, Y., Miki, S., Soga, T., Itoh, I., Todoroki, H., Hosono, T., Sakaki, K., Hayashi, T., Kim, Y.A., Endo, M., Morimoto, S., and Koide, A., "Multi-walled Carbon Nanotube-reinforced Magnesium Alloy Composites," Scripta Materialia, Vol. 58, 2008, pp. 267-270. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2007.10.014
  8. Kuzumaki, T., Miyazawa, K., Ichinose, H., and Ito, K., "Processing of Carbon Nanotube Reinforced Aluminum Composite," Journal of Materials Research, Vol. 13, 1998, pp. 2445-2449. https://doi.org/10.1557/JMR.1998.0340
  9. He, C., Zhao, N., Shi, C., Du, X., Li, J., Li, H., and Cui, Q., "An Approach to Obtaining Homogeneously Dispersed Carbon Nanotubes in Al Powders for Preparing Reinforced Al-matrix Composites," Advanced Materials, Vol. 19, 2007, pp. 1128-1132. https://doi.org/10.1002/adma.200601381
  10. Ma, R.Z., Wu, J., Wei, B.Q., Liang, J., and Wu, D.H., "Processing and Properties of Carbon Nanotubes-nano-SiC Ceramic," Journal of Materials Science, Vol. 33, 1998, pp. 5243-5246. https://doi.org/10.1023/A:1004492106337
  11. Kim, K.T., Cha, S.I., Lee, K.H., Mo, C.B., and Hong, S.H.., "Characterization of Carbon Nanotube/Cu Nanocomposites Fabricated by using Nano-sized Cu Powders," Materials Research Society Symposium Proceeding, Vol. 821, 2004, pp. 25.
  12. George, R., Kashyap, K.T., Rahul, R., and Yamdagni, S., "Strengthening in Carbon Nanotube/aluminium (CNT/Al) Composites," Scripta Materialia, Vol. 53, 2005, pp. 1159-1163. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2005.07.022

Cited by

  1. 서비스디자인방법론을 통해 분석한 CFRP CNT와 자전거의 적합성에 관한 연구 vol.28, pp.6, 2015, https://doi.org/10.6111/jkcgct.2018.28.6.271