KR100461465B1 - Ｃｕ판을 포함하는 다층의 클래드 판재 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 Cu판을 포함하는, 다층의 클래드 판재를 제조하는 방법으로서, (1) 상기 Cu판의 양쪽 표면에 Al으로 된 산화방지막을 스퍼터링법 또는 진공증착법에 의해 형성하는 단계; 및 (2) 상기 산화방지막이 형성된 Cu판의 양면에 Al합금판을 압접하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

Ｃｕ판을 포함하는 다층의 클래드 판재 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING MULTILAYERED CLAD PALATE INCLUDING A Cu PLATE}

본 발명은 서로 다른 금속층이 다층으로 적층된 클래드 판재를 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 Cu판을 포함하는 클래드 판재에 대한 제조방법에 관한 것이다.

클래드 판재는 이종(異種)의 금속을 일체로 접합한 판재로서, 단일 소재 금속들의 장점을 취하는 한편 단점을 보완하여 판재의 물성을 향상시킨 것이다. 현재 클래드 판재 중에 가장 많이 사용되고 있는 것은 알루미늄(Al)과 스텐레스 강(STS)이 적층된 Al/STS 클래드 판재이다. 이는 가볍고, 열전도성이 우수한 알루미늄과, 내식성과 강도가 좋은 스텐레스의 장점을 취함으로써 주방용품은 물론 화학용기 등에 널리 쓰이고 있다. 이러한 Al/STS 클래드 판재는 Al 합금과 STS 판재를 200℃ 이상의 온도에서 소정의 압하율로 가압접합(이하, 압접이라고 함)하여 제작된다.

최근에는 Al/STS의 층간에 Cu 판을 개재하여 접합한, STS/Al/Cu/Al/STS 구조의 클래드 판재가 주방용품에서 크게 각광을 받고 있다. Cu가 Al(Al 3003 기준) 보다 강도가 2배 이상 높을 뿐 아니라, 열전도성이 3배 이상으로 내용물의 온도를 빠르게 또한 균일하게 상승시키기 때문이다.

그러나 이와 같은 STS/Al/Cu/Al/STS 클래드 판재는 그 제작이 용이하지 않은 문제점이 있다. 이는 클래딩을 위한 압연 과정 중에 발생하는 Cu의 산화에 기인한다. 클래딩을 위한 압연은 충분한 층간 접합력을 얻기 위해 대개 200℃ 이상의 온도에서 행해지는데, Cu의 경우 200℃에서 대기에 노출되면 쉽게 산화되어 접합이 거의 불가능하거나, 차후 딥드로잉(deep drawing) 등의 가공 중에 쉽게 박리가 일어날 정도로 약하게 접합되기 때문이다.

상술한 바와 같은 Cu의 산화를 막기 위해 Al 및 STS만 가열하는 한편 Cu를 가열하지 않는 방법이 시도되고 있으나, 이 경우는 접합력이 매우 미약할 수밖에 없고, 그에 따라 성형 등의 후속 공정에서 쉽게 박리가 일어나게 된다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 층간 접합을 위한 압접 공정 중에 충분히 가열되어도 Cu층의 표면이 산화되지 않도록 함으로써, 우수한 층간 접합력을 얻을 수 있는 클래드 판재 제조방법을 제공하는 목적을 갖는다.

도 1a 내지 도 1b는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 다층의 클래드 판재의 제조 공정 플로우를 개략적으로 나타낸 도면.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 적어도 Cu판을 포함하는, 다층의 클래드 판재를 제조하는 방법으로서, (1) 상기 Cu판의 양쪽 표면에 Al으로 된 산화방지막을 스퍼터링법 또는 진공증착법에 의해 형성하는 단계; 및 (2) 상기 산화방지막이 형성된 Cu판의 양면에 Al합금판을 압접하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 (2) 단계 후에, 상기 Al합금판에 스테인레스판을 접합하는 단계를 추가로 포함한다.

또한, 상기 (2) 단계는 200℃ 이상의 온도에서 행해진다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세하게 설명한다.

도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 다층의 클래드 판재에 대한 제조 공정 플로우를 개략적으로 도시한 도면이다.

우선, 도 1a에 도시한 바와 같이, Cu판(1)의 양면에 Al으로 된 산화방지막(2)을 형성한다. Al의 산화방지막(2)의 형성은 바람직하게는 스퍼터링 증착으로 행한다. 스퍼터링 증착 공정은 통상의 방법과 장치로 행한다. 즉, 플라즈마 가스가 발생되는 대략 10^-5Torr의 진공 분위기 또는 Ar 가스 분위기의 챔버 내에 알루미늄 타겟을 배치하고, 그 알루미늄 타겟과 대향하는 위치에 Cu판을 배치한 다음, 타겟과 Cu판에 각각 음극과 양극의 전원을 인가하는 방법으로 증착을 행한다.여기에서, Al의 산화방지막이 증착되는 Cu판은 원할하고 신속한 증착을 위해 가열될 수 있으며, 가열은 챔버로 장입되기 전 또는 장입 후가 모두 가능하다.

이와 같이 스퍼터링으로 Cu판(1)의 표면에 산화방지막(2)을 형성할 경우에는 Cu판(1)의 상 및 하면에 모두 형성되도록 상면 형성 뒤, Cu판(1)을 뒤집어 반복하여 진행하여 하면에도 형성한다. 이때, Cu판(1)의 두께는 예를 들어 약 0.4mm이며, 형성되는 Al의 산화방지막(2)은 약 0.5㎛이다.

Al의 산화방지막의 형성의 다른 방법은 진공증착, 예를 들어 CVD(chemical vapor deposition), PVD(physical vapor deposition), PEVD(polarized electrochemical vapor deposition), PEPVD(plasma enhanced physical vapor deposition), 및 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition) 등이 이용될 수 있다. 이 경우, 형성되는 Al의 산화방지막의 두께는 예를 들어 약 1㎛이다.

이어, 도 1b와 같이, 표면에 Al의 산화방지막(2)이 형성된 Cu판(1)과 그 상하 양면에 Al판 또는 Al합금판(3)을 겹쳐서 롤(101, 102) 사이로 통과시키면서 압접시킨다. 이때, 각 판(1, 3)은 가열되는데, 온도는 바람직하게는 200℃ 이상, 보다 바람직하게는 약 300℃이다. 또한, Al합금판(3)은 약 1.0mm이며, 압하율은 약 28%이다.

이와 같이, 압접 공정이 진행되기 전에 산화방지막(2)을 Cu판(1)의 표면에 형성함으로써 압접 공정 중에 Cu판(1)이 대기로 직접 노출되지 않게 되어 Cu판 표면의 산화로 인한 접합 불량이 발생하지 않게 된다. 특히 산화방지막을 Al로 형성함으로써, 후속 압접 공정에서 접합될 Al합금판과 보다 강한 접합력을 얻을 수 있게 된다.

다음으로, 도 1c와 같이, Al합금판(3) 상에, 즉 Cu판(1)과 그 양면에 Al합금판(3)이 접합된 판의 양면에 스텐레스판(4)을 약 0.5mm 두께로 압접한다. 이 압접 공정 역시 상술한 도 1b와 같은 방법으로 행하면 된다.

이후, 압접을 위한 롤링 후 확산처리를 위해서 약 300℃에서 약 30분 정도의 열처리를 행한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일실시예에서 제조되는 클래드 판재는 바람직하게는 STS/Al/Cu/Al/STS의 5층 클래드 판재이다.

본 발명에 따른 클래드 판재 제조방법의 효과를 알아보기 위해 다음과 같은 3가지 조건으로 각각 형성된 클래드 판재를 딥드로잉(deep drawing)하여 보았다.

㉮ 무처리 (Cu판 표면에 브러슁 작업만 행함)

㉯ Cu판에 0.5㎛ 두께의 Al 스퍼터링 처리

㉰ Cu 판에 1㎛ 두께의 Al 진공증착

그 후 LDR(limiting draw ratio) 2.0으로 딥드로잉(deep drawing) 하여 판의 박리 여부를 관찰하였다.

상기의 ㉮의 경우 성형시 STS/Al의 접합은 우수하나 Al/Cu 계면에서 박리가 발생했다. ㉯와 ㉰의 경우 STS/Al는 물론 Cu/Al 도 우수한 접합성을 보여 성형시 전혀 박리가 나타나지 않았다.

본 발명에 따른 클래드 판재 제조방법은, Cu판 표면에 미리 얇은 Al의 산화방지막을 코팅함으로써, Cu판의 표면이 노출되는 사전에 방지하고, 그에 따라 압접시 Cu의 산화를 원천적으로 막게 된다. 따라서, 판재간 우수한 접합력을 얻을 수 있게 된다. 더욱이, 코팅되는 산화방지막을 Al재로 함으로써 추후 압접될 Al합금판과의 접합이 보다 더 용이할 뿐만 아니라 보다 강력한 접합력이 얻어진다.

Claims (5)

1. 적어도 Cu판을 포함하는, 다층의 클래드 판재를 제조하는 방법으로서,

   (1) 상기 Cu판의 양쪽 표면에 Al으로 된 산화방지막을 스퍼터링법 또는 진공증착법에 의해 형성하는 단계; 및

   (2) 상기 산화방지막이 형성된 Cu판의 양면에 Al합금판을 압접하는 단계를 포함하는 클래드 판재 제조방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서, 상기 (2) 단계 후에, 상기 Al합금판에 스테인레스판을 접합하는 단계를 추가로 포함하는 클래드 판재 제조방법.
5. 제 1항에 있어서, 상기 (2) 단계는 200℃ 이상의 온도에서 행해지는 클래드 판재 제조방법.