KR100204137B1 - 양표면이 유백색과 흑회색의 서로 다른 양극 산화 피막 색상을 갖는 알루미늄 합금 클래드 판재및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 우아한 유백색의 양극산화피막 색상을 갖는 알루미늄 합금판재와 원적외선을 방출하는 흑회색의 양극산화피막 색상을 갖는 알루미뉴 합금판재가 접합하여서된 양표면이 서로 다른 유백색과 흑회색의 2중 색상을 갖는 알루미늄 합금클래드 판재로 구성되며, 또한 상기 클래드 판재를 제조함에 있어서는 유백색 양극산화피막 발생용 알루미늄 합금 주조체와 흑회색 양극산화피막 발생용 알루미늄 합금 주조체를 각각 이용하여 소정의 공정을 거친 중간 가공재를 에칭 및 브러싱 하는 단계, 상기 처리된 중간 가공재를 물리적으로 결합한 후 열간 압연하여 접합시키는 단계, 냉간 압연후 소둔하는 단계, 양극 산화처리하는 단계를 통하여 유백색/흑회색인 2중 표면의 서로 다른 양극 산화피막 색상을 갖게하는 알루미늄 합금 클래드 판재의 제조 방법으로 구성된다.

Description

양표면이 유백색과 흑회색의 서로 다른 양극 산화 피막 색상을 갖는 알루미늄 합금 클래드 판재 및 그 제조 방법

본 발명은 양표면이 서로 다른 양극 산화 피막 색상을 갖는 알루미늄 합금 클래드 판재 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 우아한 색상의 유백색과 원적외선을 방출하는 특징을 가지면서 우아한 색상의 흑회색 양극 산화 피막으로 이루어진 2중 색상을 나타내는 알루미늄 합금 클래드 판재 및 그 제조에 관한 것이다.

자연발색에 의해 발색된 알루미늄 합금의 양극 산화피막은 세라믹과 같은 독특한 질감을 보이고 그 색상이 우아하며 변색이 되지 않는 등의 특징이 있어 가구용품, 건축재, 일용잡화, 장식품, 가정용품, 각종 기물 등에 널리 응용이 기대된다.

자연발색에 의한 양극 산화 피막발생용 알루미늄 합금재는 소량의 Fe(1.0 ∼ 2.5wt%)를 함유하는 알루미늄 합금을 통상의 균질온도보다 고온인 550℃ 이상에서 균질처리한 후 황산용액에서 양극 산화 처리하면 우아한 유백색의 양극 산화 피막을 얻을 수 있다는 사실이 일본공개특허(특개소 49-16341, 60-103164) 문헌 등을 통하여 알려지게 되었다.

유백색은 안정상인 Al₃Fe상의 양극 산화 피막특성에 의한 것으로 550℃ 이상으로 가열하는 목적은 주조시 형성되는 준안정상인 Al₆Fe 입자들을 안정상인 Al₃Fe 상으로 상변태시키기 위한 것이다.

국내에서도 이에 관한 특허(공고번호 93-7949호)가 공고되었는데, 이는 상기 일본공개특허와는 달리 주로 열간압연대신 열간압출을 이용한 유백색 판재 제조에 관한 것이다.

본 발명자도 열간압출을 이용한 유백색 판재 제조 공법에 관한 발명을 94-33983호로 특허출원한바 있다.

한편 소량의 Fe를 함유하는 Al-Fe 합금의 주조체를 황산용액에서 양극 산화처리하면 그 피막이 흑회색으로 자연 발색되며 이는 주조시 형성되는 Al₆Fe 상의 양극산화특성에 의한 것이라는 사실이 오래전부터 알려져 왔다.

이를 이용하여 흑회색 양극 산화처리 피막을 갖는 기물용(器物用) 합금 판재의 제조 기술이 일본공개특허(특개소 53-43016, 59-56541) 문헌 등에 알려지고 있다.

최근 국내에서도 이를 이용한 기술이(특허공고 93-7947호) 공고되었는데, 이는 상기 일본공개특허와는 달리 압출공법에 적용하기 위한 것이다.

본 발명자는 소량의 Mn 첨가와 아울러 Si 함량을 조절하여 Al₆Fe 입자들의 열적안정성을 크게 향상시킴으로써 비교적 고온 압출에 의한 흑회색 양극 산화 피막용 합금 판재 제조 공법을 96-81호로 국내 특허출원한바 있다.

그러나 상기한 종래 기술들은 모두 판재의 양면이 유백색 또는 흑회색의 단일 양극 산화 피막색상을 나타내는 판재 제조 공법에 관한 것이다.

본 발명은 상기한 종래 기술과는 달리 양표면이 서로 다른 우아한 유백색과 원적외선을 방출하는 흑회색의 2중 양극 산화 피막색상을 나타내는 알루미늄 클래드 판재 및 그 제조 공정을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 유백색 양극 산화피막을 갖는 알루미늄 판재와, 흑회색 양극 산화 피막을 갖는 알루미늄 판재가 서로 접합되어 이루어진 양표면이 서로 다른 유백색과 흑회색의 양극 산화 피막색상을 갖는 알루미늄 합금 클래드 판재로 구성된다.

상기한 2중 색상을 갖는 클래드 판재를 제조함에 있어서는, 유백색 양극 산화 피막용 알루미늄 합금의 주조체(빌렛 또는 슬라브) 및 흑회색 양극 산화 피막용 알루미늄 합금의 주조체(빌렛 또는 슬라브) 각각을 소정의 중간열간가공처리(균질처리 및 열간압출 또는 열간압연등)하여 각형의 형재(혹은 중간 판재)를 얻고 이를 에칭, 브러싱하여 유백색을 얻기 위한 제 1 중간재와 흑회색을 얻기 위한 제 2 중간재를 각각 준비하는 단계, 상기 제 1 중간재와 제 2 중간재를 기계적 방법으로 결합시킨 결합체를 350 ∼ 500℃ 에서 예열한 후 40∼70%의 압하율로 열간압연하여 접합강도가 우수한 클래드 중간 판재를 얻는 단계, 이를 냉간압연한 후 300 ∼ 500℃ 에서 0.5 ∼ 10시간 소둔처리하여 클래드판재를 얻는 단계, 끝으로 통상의 방법으로 황산용액에서 양극 산화 처리하는 단계로 하여 양표면에 유백색과 흑회색의 양극 산화 피막을 갖는 알루미늄 합금 판재의 제조 방법으로 이루어진다.

상기한 본 발명에서 에칭 및 브러싱 처리하기전의 형재(혹은 판재)인 제 1 중간재 및 제 2 중간재 합금과 제조 공정은 상기에서 언급하고 있는 합금 및 종래 제조기술의 적용은 물론 여타의 유백색 및 흑회색의 양극 산화 피막용 알루미늄 합금 중간재 제조 공정을 모두 적용가능한 것으로 어느 이들 합금 및 제조 공정은 어느 특정한 합금 및 제조 공정범위에 국한하지 않는다.

다음은 발명의 내용을 구체적으로 설명한다.

에칭 및 브러싱은 두 압출재의 우수한 접합을 위하여 중요한 준비단계이다.

특히 브러싱은 접합 표면적을 증대시키는 역할과 동시에 산화막등 표면 이물질을 제거함으로써 접합 강도를 크게 증가시키는 역할을 한다.

열간압연을 위한 예열의 목적은 통상의 압연성 향상의 목적 이외에 접합강도를 향상시키기 위한 목적과 균일한 색상을 유지하고자하는 중요한 목적이 있다.

예열온도가 350℃ 보다 낮으면 압연성은 유지될 수 있으나 낮은 확산속도 때문에 충분한 접합강도를 얻기 어렵다.

이에 비해 예열온도가 500℃ 보다 높으면 결정립이 지나치게 조대화하여 오히려 접합강도가 저하한다.

아울러 예열온도가 이와 같이 높게 되면 열간압연시 온도 상승효과로 인하여 열간압연중에 흑회색 발색인자인 Al₆Fe 입자들이 Al₃Fe 입자로 일부변태될 수 있고, 그 결과 양극 산화 피막처리시 흑회색 표면 색상이 엷어질 수 있다.

열간 압연은 두 압출(혹은 압연)재를 완전히 확산접합하기 위한 가장 중요한 공정이 된다.

완전한 접합을 이루기 위하여는 상기의 예열온도를 준수하여야 함은 물론이고 적당한 압하율을 적용하는 것이 필요하다.

압하율이 40% 보다 작으면 충분한 접합 강도를 기대하기 어렵다.

반면에 압하율이 70% 보다 과다하면 두 합금의 성형성 차이로 인하여 접합계면에 결함이 발생할 수 있다.

따라서 압하율은 40 ∼ 70%를 유지하는 것이 바람직하다.

소둔공정의 목적은 임의의 두께로 냉간압연된 클래드 판재의 성형성을 향상시키는 통상의 목적이외에 주요한 또 하나의 목적은 제 1 중간재와 제 2 중간재의 접합계면에서 원자 확산을 유도함으로써 확산을 통한 접합강도를 크게 향상시키고자 하는 것이 그것이다.

온도가 300℃ 이하가 되면 재결정이 일어나기 어려워 성형성 향상이 어렵다.

아울러 원자 확산속도가 감소하여 충분한 확산접합을 이루기 어렵다.

온도가 500℃ 이상이 되면 확산접합은 용이해지나 재결정립 크기가 조대화되어 성형성이 저하할 수 있다.

특히 500℃ 이상에서 소둔하면 소둔중 Al₆Fe → Al₃Fe 상의 상변화가 일부 진행되어 진한 흑회색의 양극 산화 피막색상을 얻기 어렵다.

실시예 1

각각 두께 10.5mm, 길이 300mm, 넓이 180mm인 유백색 및 흑회색 양극 산화 피막용 압출재 각각을 가성소다 용액에서 에칭하고 여러 가지 방법으로 브러싱한 후 리벳팅하고 이를 예열한 후 다양한 압하율로 열간압연하여 확산접합한다.

이 접합체를 총두께가 5 ∼ 7mm가 되도록 냉간압연한 후 최종 소둔하여 클래드 판재를 제조 하였다.

이와 같이 제조한 클래드 판재의 접합강도를 측정하기 위하여 넓이 25mm × 두께(클래드 총두께) 5 ∼ 7mm의 시편을 사용하여 만능시험기로 peeling 시험하였다.

표 1은 그 결과를 나타낸 것이다.

[표 1]

실시예 1-3은 열간압하율이 29%일 때 여러 가지 브러싱 방법의 효과를 비교한 것이다.

결과는 열간압하율이 이와 같이 작은 경우에는 브러싱 방법에 관계없이 접합이 이루어지지 않는다는 사실을 잘 보여주고 있다.

열간압하율이 43%로 증가하면 실시예 4-6에서 보는 바와 같이 접합이 이루어지지만 접합강도는 브러싱 방법에 따라서 크게 변화하게 된다.

즉 실시예 4와 5에서 보는 것처럼 센트페파를 이용하여 브러싱한 경우는 43% 압하율에서도 접합이 이루어지지 않으나 브러싱을 하지 않은 경우에는 불균일하지만 상당한 접합이 이루어짐을 볼 수 있다.

이에 비해 스틸브러싱을 한 경우에는 균일하면서도 비교적 강한 접합이 이루어지고 있다.

열간 압하율이 45%로 증가하게 되면 실시예 7-9에서 보는 바와 같이 전반적인 접합강도가 증가하여 센드페파로 브러싱한 경우에도 불균일하지만 상당한 접합이 이루어진다.

이때 사용한 센드페파가 미세해질수록 접합은 어려워지게 된다.

이와 같이 압하율이 증가하면 스틸브러싱을 한 경우에는 접합강도가 더욱 증가하게 된다.

이러한 효과는 실시예 6과 9를 비교해보면 알 수 있는데 실시예 9인 경우에는 peeling 시험시 시편이 찢어질 정도로 높은 접합강도를 유지하였다.

실시예 10과 11은 열간압연 예열온도효과를 시험한 것이다.

실시예 10에서 보면 스틸브러싱을 하고 열간압하율을 52%로 매우 크게 하였음에도 불구하고 열간압연 예열온도가 낮은 경우(이 경우에는 340℃)에는 접합이 이루어지지 않음을 잘 보여주고 있다.

반면 예열온도가 480℃로 증가한 경우에는 400℃ 근처와 마찬가지로 매우 강한 접합강도를 유지하였다.

실시예 12는 가성소다용액에서의 에칭 효과를 보여주는 것으로 실시예 11과 동일한 조건임에도 불구하고 에칭을 하지 않은 결과 접합강도가 상당히 불균일하고 전반적으로 저하한다는 사실을 알 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명은 유백색 양극 산화 피막 발생용 알루미늄합금 및 흑회색 양극 산화 피막용 알루미늄 합금 주조체를 이용하여 소정 공정으로부터 얻어진 열간 압출(혹은 압연)재인 중간재를 에칭 및 브러싱 공정 예열 및 열간 압연 공정, 소둔 공정 등을 엄격히 관리함으로써 균일한 접합과 우수한 접합강도를 갖는 클래드 판재를 얻을 수 있으며, 이를 통상의 방법으로 황산용액에서 양극 산화 처리한 결과 우아하고 진한 유백색/흑회색 2중 표면 양극 산화 피막 색상을 나타내는 판재를 얻을 수 있었다.

이때 얻어지는 흑회색 표면은 다량의 원적외선을 방출하는 특징을 갖는다.

Claims (4)

1. 유백색 양극 산화 피막 색상을 갖는 알루미늄 합금 판재와 흑회색 양극 산화 피막 색상을 갖는 알루미늄 합금 판재가 접합되어 이루어짐을 특징으로 하는 양표면이 유백색과 흑회색의 서로 다른 양극 산화 피막 색상을 갖는 알루미늄 합금 클래드 판재.
2. 유백색 양극 산화 피막용 알루미늄 합금 주조체 및 흑회색 양극 산화 피막용 알루미늄 합금 주조체 각각을 소정의 중간 열간가공처리하여서된 중간판재(혹은 각형의 형재)를 에칭, 브러싱하여 유백색을 얻기 위한 제 1 중간재와 흑회색을 얻기 위한 제 2 중간재를 준비하는 단계,

   상기 제 1 중간재와 제 2 중간재를 기계적 방법으로 결합시킨 결합체를 열간압연하여 접합시키는 단계,

   상기 접합체를 냉간압연후 300∼500℃에서 0.5∼10시간 소둔처리하고, 이어서 통상의 방법으로 황산용액에서 양극 산화 처리하는 단계로 하여 이루어짐을 특징으로 하는 양표면이 유백색과 흑회색의 서로 다른 약극 산화 피막 색상을 갖는 알루미늄 합금 판재의 제조 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   제 1 중간재 및 제 2 중간재를 얻기 위한 전단계의 브러쉬(brush)를 스틸 브러싱(Steel brushing)한 것임을 특징으로 하는 양표면이 유백색과 흑회색의 서로 다른 양극 산화 피막 색상을 갖는 알루미늄 합금 판재의 제조 방법.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 중간재의 기계적 결합체를 350 ∼ 500℃에서 예열한 후 40 ∼ 70%의 압하율로 열간압연함을 특징으로 하는 양표면이 유백색과 흑회색의 서로 다른 양극 산화 피막 색상을 갖는 알루미늄 합금 판재의 제조 방법.