KR100215504B1 - 고압주조법을 이용한 이종 복합 금속 제조 방법 - Google Patents

Abstract

고강도 인서트물의 접합면을 에칭하여 핏트를 형성시키는 단계; 상기 인서트물을 예열시킨 후, 금형내에 투입하여 장착하는 단계; 및상기 인서트물의 접합면 위로 고온의 비철경금속 용융액을 급탕시키고, 고압하에 상기 비철경금속 용융액의 일부가 상기 인서트물의 접합면에 형성된 핏트 사이로 침투함으로써 상기 인서트물과 비철경금속이 서로 결합하는 단계를 포함하는 고압주조법을 이용한 이종 복합 금속 제조 방법이 개시되어 있다. 본 발명은 유도가열 조리기구, 자동차 부품, 산업용 기기 제작 등에 적용될 수 있다.

Description

고압주조법을 이용한 이종 복합 금속 제조 방법

본 발명은 이종 복합 금속 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 고압주조법을 이용하여 이종 금속을 일체로 성형하여 접합시키는 복합 금속 제조 방법에 관한 것이다.

특수용도 또는 신복합재료로 사용되는 복합 금속 강판은 비철 경금속 판재와 고강도 강판을 서로 접합시켜 원하는 기능을 얻을 수 있도록 제작되는 것이 일반적이다. 이러한 복합 금속 강판의 대표적인 것은 클래드(Clad) 강판으로서 이는 알루미늄 등의 비철 경금속 소재와 스테인레스 강판 또는 일반 강판재를 압연에 의해 상호 접합시킴으로써 제작된다.

그러나, 그러한 클래드 강판은 접합시 강판재에 브러쉬 등으로 스크래치를 내어 이를 기재(基底)로 하여 압연에 의해 접합하기 때문에 접합력이 매우 약하여 그 사용에 제약이 따른다. 특히, 클래드 강판을 프레스 성형시키는 경우 비교적 경도가 작은 비철재료와 경도가 큰 철강재의 경도차로 인해 접합면이 쉽게 분리 또는 박리되는 경향이 있어 제품화가 쉽지 않고 금형이 손상될 우려마저 있다.

나아가, 클래드 강판을 구성하는 비철재료와 강판의 열팽창 계수가 서로 상이하므로 제조 조건이 예컨대, 350℃ 이상의 고온인 경우에는 클래드 강판 자체가 변형되기 쉽다. 또한, 고기능을 요구하는 국부적인 부위에만 이종 금속의 복합 내지 접합이 요구될 때에는 이러한 클래드 강판의 적용이 불가능하여 부득이 제조 원가의 상승 및 응용의 제한을 받을 수밖에 없다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 고압 주조법을 사용하여 이종 금속을 일체로 성형시킴으로써 고강도의 결합력을 가진 복합 금속 강판을 제조할 수 있는 고압주조법을 이용한 이종 복합 금속 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 이종 복합 금속 제조 방법의 공정을 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명에 따라서, 전해 에칭에 의해 터널형상을 가진 핏트가 형성된 모습을 나타낸 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 이종 복합 금속 제조 방법에 따라서 제조된 복합 금속의 조직사진을 나타낸 도면이다.

도면의 주요 부분에 대한 설명

10...인서트물10a...터널형상

11...접합면12...핏트

20...용탕 모재

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서 본 발명에 따른 이종 복합 금속 제조 방법은, 고강도 인서트물의 접합면을 에칭하여 핏트를 형성시키는 단계; 상기 인서트물을 금형내에 투입하여 장착하는 단계; 및 상기 인서트물의 접합면 위로 고온의 비철경금속 용융액을 급탕시키고, 고압하에 상기 비철경금속 용융액의 일부가 상기 인서트물의 접합면에 형성된 핏트 사이로 침투함으로써 상기 인서트물과 비철경금속이 서로 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 복합금속 제조방법을 설명하기 위한 도면이다. 본 발명에 따르면, 복합금속 제조방법은 크게 두 단계로 분류될 수 있는데, 금형(미도시)내에 삽입된 인서트(Insert)물(10)을 준비하는 단계(단계100)와 준비된 인서트물(10)을 금형 내부에 투입하여 고압주조에 의해 이종 금속을 접합 성형시키는 단계(단계200)가 그것이다. 상기 인서트물(10)은 고강도 철강재이며, 복합 금속이 요구하는 기능에 부합되는 것이라야 한다.

먼저, 준비된 인서트물(10)의 접합면(11)은 에칭(etching)되어 그 표면에 핏트(12)가 형성된다(단계110). 상기 핏트(12)는 이종 금속 접합시 결합력을 높이기 위한 것이다. 이러한 핏트(12)는 에칭의 종류 예를 들어, 전해에칭 및 화학에칭의 조건을 조절함으로써 원하는 크기 및 분포를 갖도록 할 수 있다. 이때, 에칭 용액으로는 FeCl₃, HCl 및 소량의 CuCl₂혼합용액이, 용액의 온도는 35℃인 것이 바람직하다.

만약, 상기 인서트물(10)을 전해에칭하는 경우에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 최초 직류전원을 인가하여 핏트(12)를 형성시킨 후 이를 세척하고 다시 교류전원을 재인가함으로써 핏트(12)에 터널형상(10a)을 형성시킬 수 있는데 이러한 터널형상(10a)은 접합에 있어서 특히 효과적이다. 이 경우, 상기 직류전원은 80mA/Cm², 150coulomb/Cm²이고, 교류전원은 200mA/Cm², 400coulomb/Cm²이며, 주파수는 60Hz일 때 가장 효과적인 핏팅이 가능한 것으로 밝혀졌다. 그러나, 이러한 수치는 본 발명에 의해 한정되지 않는 것으로 한다.

본 출원인의 실험에 따르면, 상기 핏트(12)의 크기는 0.2 - 0.6mm 이고 전체 인서트물(10)의 면적에 대한 핏트 면적 분율은 50%이상일 때 가장 접합력이 양호하였다.

에칭이 완료된 철강재인 인서트물(10)은 예컨대, 180 - 250℃로 예열된 후 금형내에 투입 장착된다. 만약 예열되지 않은 상태의 인서트물(10)을 금형내에 투입시키고 후술하는 바와 같이 주조작업을 행하면, 고온의 용탕과 저온의 인서트물(10)이 서로 접촉함으로써 상기 인서트물(10)은 용탕과의 큰 온도차로 인해 접합이 불완전하게 된다. 상기 인서트물(10)의 투입은 고강도 판재가 접합되어야 할 부분에 맞도록 수행되어야 하는데, 즉, 금형을 적절히 설계함으로써 고기능이 요구되는 부위만이 금형내에 투입되도록 할 수 있다. 이러한 점은 클래드강 제작에서는 기대할 수 없었던 모재의 국부적인 부위의 강화 및 접합을 가능케 한다.

이어서, 인서트물(10)이 투입되고 난 후에는 알루미늄 등의 비철금속 용융액인 용탕(20)이 금형내로 공급된다(단계210). 상기 용탕(20)의 조성은 원하는 용도에 상응하는 비철합금의 조성으로 구성되는데, 예컨대 Al-Si 합금이 일반적이다.

본 발명에 따르면, 금형 내의 주조공정은 일반적인 다이캐스팅, 진공다이캐스팅 및 용탕단조법 등의 고압주조법에 의해 이루어진다. 따라서 상기 용탕(20)은 고온고압상태에서 금형내로 급탕된다. 상기 고압주조법은 원하는 최종제품의 용도 및 성능과 모재의 후처리 필요성 등에 따라서 적절히 선택되며 본 발명에 의해 어느 한가지 방법으로 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 모재의 후처리가 필요없을 경우에는 통상의 고압주조법에 의해 급탕이 이루어질 수 있으나, 복합 금속 제조후 용접, 열처리 및 고온 코팅 등의 별도의 공정이 필요한 때에는 주조시 모재 내부의 예컨대, 가스 공극(Gas Porosity), 수축공(Shrinkage) 등과 같은 잔존 결함을 제어할 수 있는 진공다이캐스팅이나 용탕단조법이 바람직하다.

용탕(20)이 급탕된 후에는 고압 성형에 의해 원하는 형상의 복합 금속을 형성한다(단계220). 이때 용탕(20)은 인서트물(10) 접합면(11)에 형성된 핏트(12)의 터널형상(10a) 내부로 침투함으로써 철강재인 인서트물(10)과 알루미늄 비철금속의 사이에 견고한 결합이 이루어질 수 있다. 더욱이 상기 인서트물(10)은 금형 내에 투입되기 전에 미리 예열되어 있는 상태이므로 이러한 상호작용은 더욱 촉진된다.

이어서, 냉각 공정을 거쳐 철강재인 인서트물(10)에 알루미늄 등의 비철 경금속이 접합된 이종 복합 금속이 제조된다.

본 발명의 실시예에 따라 제조된 이종 복합 금속판의 조직 사진이 도 3에 개시되어 있다. 도 3을 참조하면, 철강재인 인서트물과 알루미늄 용탕 모재 사이에는 접합부가 형성되어 있으며, 이 접합부는 에칭에 의해 터널형상을 가진 핏트 사이로 용탕 모재가 침투 결합된 모습을 보여준다. 접합된 철강재는 모재인 알루미늄의 결점을 보강해줌으로써 고기능이 요구되는 곳에 적절히 쓰일 수 있도록 한다.

본 발명에 따른 복합금속 제조방법은 핏트가 형성된 철강재에 비철경금속 용탕을 가하여 고압주조법에 의해 일체로 성형시킴으로써 강력한 접합력을 가진 이종 복합 금속을 제조할 수 있다. 또한 별도의 압연이나 롤링장비 없이 기존의 고압주조설비를 이용함으로써 생산성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 고압주조의 비교적 간단한 공정으로 제품을 생산할 수 있어 원가절감의 효과를 가져온다. 나아가, 고기능이 요구되는 부위에만 국부적으로 이종 금속의 접합이 가능하다는 이점이 있다.

본 발명에 따른 복합금속 제조방법은, 예를 들어 유도가열조리기구 제작시 유도발열체인 인서트물에 열도체인 모재를 고압주조를 통해 일체로 성형시킴으로써 우수한 성능을 가진 조리기구의 생산을 극대화시킬 수 있다. 그외에도 본 발명은 자동차 부품 및 산업용 기기등의 다양한 분야에 적용가능하다.

본 발명은 비록 첨부된 도면을 참조로 하여 한정된 실시예에 대해서만 설명되었으나, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 다양한 변형예가 있을 수 있는 것으로 이해되어야만 한다.

Claims (6)

1. 고강도 인서트물의 접합면을 에칭하여 핏트를 형성시키는 단계;

   상기 인서트물을 금형내에 투입하여 장착하는 단계; 및

   상기 인서트물의 접합면 위로 고온의 비철경금속 용융액을 급탕시키고, 고압하에 상기 비철경금속 용융액의 일부가 상기 인서트물의 접합면에 형성된 핏트 사이로 침투함으로써 상기 인서트물과 비철경금속이 서로 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이종 복합 금속 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 인서트물을 금형내에 투입하기 전에 적절한 온도로 미리 예열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이종 복합 금속 제조 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 핏트는 전해에칭 또는 화학에칭에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 이종 복합 금속 제조 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 전해에칭은 직류전원과 교류전원을 번갈아 인가함으로써 상기 핏트에 터널형상이 형성되는 것을 특징으로 하는 이종 복합 금속 제조 방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 핏트의 크기는 0.2 - 0.6mm 이며, 상기 접합면의 전체 면적에 대한 핏트 면적의 분율은 50%이상인 것을 특징으로 하는 이종 복합 금속 제조 방법.
6. 제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 금형의 내부는 진공이 형성되는 것을 특징으로 하는 이종 복합 금속 제조 방법.