자동차 산업에서 연비 개선에 대한 필요성이 점차 증대됨에 따라 경량 소재의 채용이 증가되고 있다. 차체 경량화를 위하여 거론되는 다양한 경량 소재 중 알루미늄 합금은 높은 비강도, 우수한 가공성, 성형성, 내식성, 용접성 및 열/전기 전도성 등으로 인하여 철강 다음으로 사용되는 비중이 높으며, 점차 적용량이 증가하고 있다. 특히 알루미늄은 재활용 할 경우 보크사이트 광석에서 동일한 양의 알루미늄을 제조하는데 필요한 에너지의 5%만 사용하는 재활용이 용이한 친환경적인 소재로 알려져 있다.
그러나 자동차의 경우 주조재와 전신재 알루미늄 합금이 복합적으로 적용되며, 제조사나 요구특성에 따라 다양한 원소가 첨가된 합금 조성이 개발되어 사용되기 때문에 자원 이력 추적이 어렵고 별도의 분리 작업이 필요하여 재활용이 어려운 실정이다. 또한 주조재와 전신재 알루미늄 부품이 서로 접합되어 적용되는 경우도 많기 때문에, 고가의 전신재가 적용되었음에도 불구하고 재활용 시에는 대부분 저급한 스크랩으로 취급되는 문제점이 있다. 만약 자동차에 재활용 알루미늄의 적용 비중을 증가시킬 경우, 연비뿐만 아니라 제조 과정에서 발생하는 에너지 소비 및 온실가스 배출의 추가적인 감축이 가능할 것이다. 따라서 스크랩의 재활용성을 향상시키고자 하는 노력의 일환으로 주조재와 전신재를 통합화 하고자 하는 연구들이 다양하게 시도될 필요가 있다. 이와 관련하여 주조재 및 전신재 합금의 조성을 통합하는 방안, 상용 전신재의 주조재 적용 방안 또는 상용 주조재의 전신재 적용 방안 등을 고려할 수 있다.
본 연구에서는 상기 언급한 방안 중 하나로 상용 주조재 알루미늄 합금의 전신재 활용 방안에 대한 연구를 수행하였으며, 주조재 합금의 가공성을 저해하는 가장 큰 이유인 취성이 있고 연결성이 큰 공정상에 대한 크기 및 형상 제어 공정을 설계하였다. 주조재 알루미늄 합금인 Al-Mg-Si-Mn계(AlMg5Si2Mn 또는 Magsimal®-59) 및 Al-Si-Cu계(ALDC12) 합금에 대하여 각 합금에서 가장 큰 분율을 차지하고 있는 이차상인 공정 Mg₂Si 상 및 공정 Si 상의 크기 및 형상을 제어함에 따른 미세조직, 가공성 및 기계적 특성을 검토하였다. 특히 주조재에 균질화 열처리 전 소량의 냉간 가공을 수행하는 새롭게 설계한 pre-homogenization deformation(PHD) 공정 또는 화학적 개량처리제의 첨가를 통하여 공정상의 크기 및 형상을 제어함으로써 가공성을 향상시켰다. PHD 공정의 도입은 Al-Mg-Si-Mn계 알루미늄 합금의 공정 Mg₂Si 상의 기계적 단편화를 유도하였으며, 균질화 열처리 초기 필수적인 열적 단편화 과정을 일부 대체함으로써 구상화를 가속화 하였다. 한편 Sr의 첨가는 주조 단계에서 Al-Si-Cu계 알루미늄 합금의 공정 Si 상의 크기 및 형상을 변화시켰다. 이후 추가적인 가공열처리 공정의 도입은 기지 조직 내에 미세한 공정상을 균일하게 분포시켰다. 공정 단계에 따른 미세조직 및 기계적 특성을 평가하였으며, 이를 바탕으로 미세조직학적 인자와 가공성 및 기계적 특성 간의 상관관계에 대하여 규명하였다.
결론적으로 자동차 산업에서 일반적으로 적용되는 고강도 전신재 알루미늄 합금과 비교하여 동등 수준 이상의 기계적 특성을 확보하였으며, 주조재와 전신재를 동일한 조성의 합금으로 적용함으로써 알루미늄 스크랩의 재활용성을 높일 수 있는 한 가지 방안을 제시하였다.