Al2O3 나노입자로 알루미늄 피스톤 합금 강화

알루미늄 합금은 높은 열전도율, 낮은 밀도, 우수한 가공성으로 내연기관 피스톤 제조에 널리 사용되지만, 기계적 강도가 낮아 가혹한 작동 조건에서 성능이 제한됩니다. 본 연구는 알루미늄 피스톤 합금(EN AB-47100, AlSi12Cu1)의 기계적 특성을 Al2O3 나노입자(NPs) 보강을 통해 향상시키는 데 초점을 맞췄습니다. 교반 주조 기법을 사용하여 Al2O3 NPs를 2 wt.%, 4 wt.%, 6 wt.% 첨가한 복합재를 제작하고, 보강재 함량이 인장 강도, 경도, 충격 강도에 미치는 영향을 체계적으로 조사했습니다. 그 결과, 인장 강도는 기본 합금의 약 180 MPa에서 4 wt.% Al2O3 NPs 첨가 시 최대 255 MPa로 증가했으며, 경도와 충격 강도 또한 4 wt.%에서 가장 큰 개선을 보였습니다. 이는 효과적인 하중 전달, 전위 억제, Orowan 강화, 그리고 나노입자의 균일한 분산으로 인한 결정립 미세화 덕분입니다. 그러나 6 wt.%의 과도한 보강재는 나노입자 응집, 기공 증가, 계면 결합 약화로 인해 기계적 성능 저하를 야기했습니다. 본 연구는 4 wt.% Al2O3 NPs가 인장 강도, 경도, 충격 저항의 최적 조합을 제공하는 이상적인 보강 수준임을 밝혀냈습니다. 이는 까다로운 서비스 조건에서 피스톤 응용 분야의 성능과 내구성을 향상시킬 수 있는 Al-Al2O3 NP 복합재의 잠재력을 보여줍니다.