KR100707479B1 - 알루미늄 클래드판과 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알루미늄판 2∼3장을 적층한 상태에서 압연에 의해 접합시킨 알루미늄 클래드판과 그 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명의 알루미늄 클래드판은, 표면에 요철을 형성시킨 저융점 알루미늄판(11)과; 상기 저융점 알루미늄판(11)의 상면에 압연에 의해 접합된 고융점 알루미늄판(12)으로 구성되며, 필요에 따라 고융점 알루미늄판(12)의 상면에 저융점 알루미늄판(11')이 추가적으로 접합될 수도 있으며, 이와 같은 알루미늄 클래드판은, 저융점 및 고융점 알루미늄판의 표면 처리 단계와; 저융점 알루미늄판과 고융점 알루미늄판을 적층하는 단계와; 40∼80%의 압하율로서 냉간압연하는 단계로 이루어지며, 냉간압연 단계를 가열 단계와 온간압연의 두 단계로 대체할 수도 있다.

본 발명의 알루미늄 클래드판과 그 제조방법은 제조 공정이 간단하여 설비 투자비가 절감되고, 생산성이 향상될 뿐 아니라 제조 원가가 절감되는 이점이 있다.

알루미늄판, 적층판, 클래드판, 브레이징

Description

알루미늄 클래드판과 그 제조방법{The Al cladded sheet, and manufacturing method of the same}

도 1은 본 발명 실시예 알루미늄 클래드판을 보인 것으로,

(가)는 2층으로 적층된 알루미늄 클래드판의 단면도이고,

(나)는 3층으로 적층된 알루미늄 클래드판의 단면도이며,

(가)는 2층으로 적층되며 접합 계면에 산화물형합층이 생성된 알루미늄 클래드판의 단면도이고,

(나)는 3층으로 적층되며 접합 계면에 산화물형합층이 생성된 알루미늄 클래드판의 단면도이다.

도 2는 본 발명 실시예 제조 방법의 공정 흐름도

((도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명))

11,11'. 저융점 알루미늄판 12. 고융점 알루미늄판

A. 산화물형합층

본 발명은 알루미늄판 2∼3장을 적층 접합시킨 알루미늄 클래드판과 그 제조 방법에 관한 것으로, 더 자세하게는 접합 대상이 되는 저융점 및 고융점 알루미늄판의 접합면에 산세, 브러싱, 페이퍼링, 블라스팅 등과 같은 화학적 혹은 기계적 표면 처리를 실시한 상태에서 2∼3장의 저융점 및 고융점 알루미늄판들을 교차 적층한 후 압하율에 따라 냉간압연 또는 200∼500℃의 온도도 가열한 상태에서 실시되는 온간압연에 의해 적층된 알루미늄판들을 접합시킨 알루미늄 클래드판과 그 제조 방법에 관한 것이다.

프라이 팬이나 냄비 등과 같은 각종 주방용품이나 산업 현장에서 사용되고 있는 각종 금속 제품들의 소재로 사용되고 있는 클래드판은, 일반적으로, 이종의 금속판 다수장을 적층 결합시켜 각 금속이 가진 장점을 이용할 수 있도록 한 판재로서, 대표적인 것으로는, 알루미늄/스테인레스강 클래드판, 동/알루미늄/스테인레스 클래드판 등을 들 수 있다.

상기와 같이 이종 금속판재들을 접합시킨 클래드판과 달리 동종의 금속 즉, 알루미늄판들을 적층 접합시킨 클래드판이 있는 바, 알루미늄/알루미늄 클래드판은 산업 현장 특히, 자동차, 에어컨, 열교환 파이프 등의 부품 제조에 널리 사용되고 있다.

상기의 알루미늄/알루미늄 클래드판(이하 "알루미늄 클래드판"이라 한다.)은 특히, 브레이징재로 널리 사용되고 있는 바, 비록, 동종의 알루미늄판들을 접합시킨 판재이기는 하나, 실제로는 서로 다른 성분 조성을 갖는 알루미늄판재들을 접합시킨 것이다.

알루미늄은 철강 다음으로 많이 사용되고 있는 금속으로서, 가볍고 내식성과 가공성이 좋으며 전기 및 열 전도도가 높을 뿐 아니라, Cu, Mg, Si, Zn, Mn, Ni 등의 원소와 다양한 종류의 고강도, 고내식성 합금을 만들기 때문에 항공기, 가정용품, 건축, 차량, 기계, 전기 등 가정과 산업 전분야에 걸쳐 사용되고 있는 바, 99.00wt% 이상의 알루미늄을 함유한 순수 알루미늄은 1000번 계열, Al-Cu계 합금은 2000번 계열, Al-Mn계 합금은 3000번 계열, Al-Si계 합금은 4000번 계열, Al-Mg계 합금은 5000번 계열, Al-Mg-Si계 합금은 6000번 계열, Al-Zn계 합금은 7000번 계열로 분류, 표시하는 방법이 널리 사용되고 있다.

즉, 브레이징재로 사용되고 있는 알루미늄 클래드판은, 상대적으로 융점이 높은 3000번 계열, 예를 들어, 융점이 약 650℃인 3003 알루미늄판과 융점이 낮은 4000번 계열, 예를 들어, 융점이 약 580℃인 4045 알루미늄판을 접합시킨 것으로, 이와 같은 알루미늄 클래드판을 브래이징재로 사용하는 경우, 브래이징 결합 대상물에 알루미늄 클래드판을 접촉시킨 상태에서 열을 가하게 되면, 상대적으로 융점이 낮은 4000번 계열 알루미늄판재가 용해되면서 브래이징 결합 대상물과 융점이 높은 3000번 계열 알루미늄판을 브래이징 결합시키게 되는 것이다.

상기와 같은 브래이징재로 산업현장에서 널리 사용되고 있는 종래의 알루미늄 클래드판은, 300mm 이상의 두께를 갖는 모재와 30mm 이상의 부재 두 장을 적층 하여 수 회의 온간압연과 중간 열처리를 실시하여 3mm 이하의 두께로 제조되기 때문에, 회수율은 물론 생산성 역시 매우 낮을 뿐 아니라 불량률이 높아 제조 비용이 과다하게 상승되는 문제가 있다.

따라서, 알루미늄 브래이징재로서, 알루미늄판의 표면에 융점이 낮은 아연을 함유한 물질 또는 용융 아연을 분사한 아연 코팅 알루미늄판이 사용되기도 하였으나, 아연의 침식에 의해 접합부에 부식이 쉽게 발생하게 되는 문제가 있다.

상기와 같은 아연 침식의 문제를 해결하기 위하여, 코팅물질로서 알루미늄을 주성분으로 하고 아연 함량을 낮춘 브레이징 소재가 개발되었으나, 이들은 주로 스프레이 방식에 의해 제조되기 때문에, 스프레이 소재의 입자가 매우 균일해야 할 뿐만 아니라, 스프레이를 위한 초기 예열 시간, 스프레이 노즐의 막힘 등 작업 관리가 어려울 뿐 아니라 생산성 역시 높지 않은 문제가 있다.

본 발명은 종래의 알루미늄 클래드판 또는 표면 코팅 알루미늄 브래이징재가 가지고 있는 제반 문제점들을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 압하율에 따라 냉간압연 단독 또는 1차의 열처리와 냉간압연의 두 공정만으로 알루미늄판들을 적층 접합시킬 수 있도록 함으로써, 알루미늄 클래드판의 제조 생산성을 높이는 동시에 제조 비용을 절감할 수 있는 알루미늄 클래드판과 그 제조 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은 알루미늄판재의 표면에 실시되는 화학적 또는 기계적 표면 처리에 의하여 달성된다.

본 발명의 알루미늄 클래드판은, 동종의 알루미늄인 동시에 서로 조성을 달리하는 2∼3장의 알루미늄판들이 적층 접합된 구조로서, 압하율에 따라, 접합면에 산화물층이 개재될 수도 있다.

이때, 적층 접합된 알루미늄판들은 서로 다른 융점을 갖는 바, 고융점 알루미늄판/저융점 알루미늄판의 2층 구조 또는 저융점 알루미늄판/고융점 알루미늄판/저융점 알루미늄판의 3층 구조로서, 저융점 알루미늄이 브래이징재로 사용되어 고융점 알루미늄판과 타 대상물을 브래이징 결합시키게 된다.

이때, 상기 고융점 알루미늄판으로는 3000번 계열, 예를 들어, 융점이 650℃정도 되는 3003, 3004 등을 들 수 있으며, 저융점 알루미늄판으로는 4000번 계열, 에를 들어, 융점이 580℃정도 되는 4045, 4343 등을 들 수 있다.

상기와 같이 2층 또는 3층 중의 어느 한 적층 구조를 갖는 본 발명의 알루미늄 클래드판의 제조 방법은, 냉간압연시의 압하율에 따라, 알루미늄판에 대한 표면 처리→세척→적층→냉간압연 또는 표면 처리→세척→적층→가열→온간압연 중의 어느 한 방법으로 제조되는 바, 각 공정을 살펴보면 다음과 같다.

표면 처리는, 알루미늄판의 표면에 산세, 브러싱, 페이퍼링, 블라스팅 등과 같은 화학적 또는 기계적 표면 처리 방법들 중의 적어도 어느 한 방법을 실시하여 알루미늄판 표면에 인위적인 요철을 형성시키는 공정으로써, 알루미늄판의 표면적 을 증가시켜 표면의 활성도를 상승시켜 표면 산화물층이 쉽게 생성되는 동시에 생성된 산화물층에서 균열이 잘 일어나도록 하거나, 산화물층이 생성되지 않은 경우 서로간의 접합 계면의 면적을 증가시켜 접합력을 높여주기 위해서이다.

또한, 표면 처리에 의해 알루미늄판 표면의 계면 에너지가 증가됨으로써, 온간압연시 계면에서의 확산이 원활히 일어나게 되고, 그 결과, 두 금속간의 접합력을 향상시켜 주는 효과도 얻게 된다.

이때, 상기 브러싱은 금속 브러시로써 표면을 거칠게 하는 것이며, 블라스팅은 모래나 작은 금속 입자인 구 형상의 쇼트(shot) 또는 이 쇼트를 불규칙한 형상으로 파쇄한 그리트(grit) 등을 분사하여 판재의 표면에 요철을 형성시키는 것이고, 페이퍼링은 사포(砂布)로써 판재의 표면을 문질러 그 표면에 요철을 만드는 것이며, 산세는 산 혹은 염기로 표면을 산화 또는 환원시키는 화학적 방법으로 요철을 만드는 표면 처리이다.

가열은, 요철이 형성된 알루미늄판을 2층 또는 3층으로 적층한 상태로 대기 분위기 하에서 가열하여 그 표면에 산화물을 형성시키기 위한 단계로써, 200∼500℃의 범위로 가열하게 되는 바, 가열 온도가 200℃에 미치지 못하면 산화물 형성량이 적어 산화물에 의한 접합력 향상 효과를 얻을 수 없으며, 500℃를 초과하게 되면 과다한 산화물이 형성됨으로써 오히려 접합력을 떨어뜨리게 된다.

그리고, 냉간압연과 온간압연은 각각, 가열되지 않은 상태의 적층 판재와 가열된 적층 판재를 40∼80%의 압하율로서 압연하는 단계로서, 압하율이 50% 미만일 경우에는 온간압연을, 압하율이 50% 이상일 경우에는 냉간압연을 실시하는 것이 생 산성과 제조 비용 측면에 바람직하나, 반드시 그러하지는 않다.

즉, 브래이징재로 사용되는 경우에는 일측 알루미늄판이 용융되는 브래이징재로 이용되는 바, 압하율이 작은 경우에도 냉간압연을 실시할 수 있는 것이며, 상기의 기준은 알루미늄 클래드판의 용도에 관계 없이 알루미늄판들 사이의 접합력 측면만을 고려한 것이다.

그러나, 냉간 또는 열간에 관계 없이 압하율이 40%에 미치지 못하면 접합력이 부족하게 되므로 반드시 40% 이상의 압하율로서 압연하는 것이 바람직하며, 특히, 상기와 같은 본 발명의 방법은, 20mm 미만의 알루미늄판을 대상으로 할 때 가장 적합한 바, 알루미늄판의 두께가 20mm를 초과하게 되면 추가적인 열처리와 압연 공정이 추가될 수 있다.

상기 본 발명의 목적과 기술적 구성을 비롯한 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 고안의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 아래의 설명에 의해 명확하게 이해될 것이다.

도 1에 본 발명 알루미늄 클래드판의 단면도를, 도 2에 본 발명 방법의 공정 흐름도를 도시하였다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 알루미늄 클래드판은,

기계적 또는 화학적 방법 중의 어느 한 방법으로 상면에 요철을 형성시킨 저융점 알루미늄판(11)과; 동일한 방법에 의해 요철이 형성된 저면이 저융점 알루미늄판(11)의 상면에 적층 접합된 고융점 알루미늄판(12)으로 구성되거나,

기계적 또는 화학적 방법 중의 어느 한 방법으로 상면에 요철을 형성시킨 저 융점 알루미늄판(11)과; 동일한 방법에 의해 요철이 형성된 저면이 상기 저융점 알루미늄판(11)의 상면에 적층 접합되며, 상면에도 동일한 방법에 의한 요철이 형성된 고융점 알루미늄판(12)과; 동일한 방법에 의한 요철이 형성된 저면이 상기 고융점 알루미늄판(12)의 상면에 적층 접합되는 저융점 알루미늄판(11')으로 구성된다.

이때, 압연전 가열 처리가 이루어진 경우, 상기 저융점 알루미늄판(11)(11')과 고융점 알루미늄판(12) 사이의 접합 계면에는 각각의 산화물층이 압연에 의해 갈라지면서 서로 형합된 산화물형합층(A)이 개재된다.

그리고, 본 발명의 알루미늄 클래드판을 브래이징재로 사용하는 경우 저융점 알루미늄판이 용해되어 고융점 알루미늄판과 타 결합 대상물을 결합시키게 되는 바, 저융점 알루미늄판과 저융점 알루미늄판 사이의 두께비가 브래이징 결합 상태에 영향을 끼치게 되는 중요한 인자가 된다.

즉, 본 발명의 알루미늄 클래드판을 구성하는 저융점 알루미늄판의 두께를, 고융점 알루미늄판 두께의 5∼15%로 하는 것이 가장 바람직하며, 저융점 알루미늄판의 두께가 고융점 알루미늄판 두께의 5%에 미치지 못하면 브래이징 결합시 저융점 알루미늄판의 용융량이 부족하여 브래이징 결합력을 떨어뜨리게 되고, 15%를 초과하게 되면 저융점 알루미늄판의 용융량이 과다하게 되어 브래이징 결합부 이외의 부분까지 저융점 알루미늄이 피복됨으로써 외관 품질을 떨어뜨릴 뿐 아니라 제조 비용을 상승시키게 된다.

상기와 같은 구조의 본 발명 알루미늄 클래드판을 제조하는 방법은,

접합 대상이 되는 저융점 및 고융점 알루미늄판의 각 접합 대상면에 산세, 브러싱, 페이퍼링, 블라스팅 등과 같은 화학적 또는 기계적 표면 처리 방법들 중의 어느 하나를 실시하여 표면에 스크래치와 요철을 형성시키는 표면 처리 단계(100)와;

저융점 알루미늄판/고융점 알루미늄판 또는 저융점 알루미늄판/고융점 알루미늄판/저융점 알루미늄판 중의 어느 한 적층 구조로 알루미늄판들을 적층하는 단계(200)와;

적층된 알루미늄판들을 40∼80%의 압하율로서 냉간압연하는 단계(300)로 이루어지거나,

접합 대상이 되는 저융점 및 고융점 알루미늄판의 각 접합 대상면에 산세, 브러싱, 페이퍼링, 블라스팅 등과 같은 화학적 또는 기계적 표면 처리 방법들 중의 어느 하나를 실시하여 표면에 스크래치와 요철을 형성시키는 표면 처리 단계(100)와;

저융점 알루미늄판/고융점 알루미늄판 또는 저융점 알루미늄판/고융점 알루미늄판/저융점 알루미늄판 중의 어느 한 적층 구조로 알루미늄판들을 적층하는 단계(200)와;

적층된 알루미늄판들을 대기 분위기 하에서 200∼500℃의 범위로 가열하는 단계(300')와;

적층 가열된 알루미늄판들을 40∼80%의 압하율로서 온간압연하는 단계(400)로 이루어진다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명 방법에 의해 제조되는 알루미늄 클래드판이 갖는 고융점 알루미늄판과 저융점 알루미늄판 사이의 접합력을 실시예로서 살펴보면 다음과 같다.

실시예

두께 0.7mm인 4045 알루미늄판과 두께 7mm인 3003 알루미늄판을 이용하여 알루미늄 클래드판을 제조하였으며, 그 결과를 표 1 및 2에 나타내었다.

압 하 율 (%)	접 합 력
	가 열	비 가 열
30	○	×
40	◎	△
50	◎	◎
60	◎	◎
70	◎	◎
80	◎	◎

* 가열 온도 : 300℃

가열온도,℃	150	200	250	300	350	400	450	500
접 합 력	×	△	○	◎	◎	◎	◎	◎

* 압하율 : 40%

상기 표 1, 2에서 접합력에 대한 부호 "×"는 판재의 분리가 나타나며, "△"는 굽힘 시험시 판재가 분리되는 접합 불량이 20% 정도 발생하는 수준이고, "○"는 5% 정도의 접합 불량이, "◎"는 1% 이하의 접합 불량이 발생되는 수준의 접합력을 가진 경우이다.

상기 표 1, 2로부터 압하율이 40%일 경우 최저 수준의 접합력이 얻어지는 온도가 200℃로서, 압하율이 증가하게 되면 200℃에서도 양호한 접합력을 얻을 수 있으며, 가열 과정이 없는 경우에는 40%의 압하율에서 최저 수준의 접합력이 얻어짐을 알 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 알루미늄 클래드판과 그 제조방법은 기계적 또는 화학적 표면처리와 1차의 냉간압연 혹은 온간압연을 통하여 제조되기 때문에 설비 투자비가 절감되고, 생산성이 향상될 뿐 아니라 제조 원가가 절감되는 이점이 있다.

Claims (10)

1. 삭제
2. 삭제
3. 기계적 방법 또는 화학적 방법 중의 어느 한 방법으로 상면에 요철을 형성시킨 저융점 알루미늄판(11)과; 기계적 방법 또는 화학적 방법 중의 어느 한 방법에 의해 요철이 형성된 저면이 상기 저융점 알루미늄판(11)의 상면에 적층된 상태에서 압연에 의해 접합된 고융점 알루미늄판(12)을 포함하여 구성된 알루미늄 클래드판에 있어서,

   상기 저융점 알루미늄판(11)과 고융점 알루미늄판(12) 사이의 접합 계면에는 각각의 표면 산화물층이 압연에 의해 형합된 산화물형합층(A)이 부가적으로 개재된 것을 특징으로 하는 알루미늄 클래드판.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 기계적 방법 또는 화학적 방법 중의 어느 한 방법으로 상면에 요철을 형성시킨 저융점 알루미늄판(11)과; 기계적 방법 또는 화학적 방법 중의 어느 한 방법에 의해 요철이 형성된 저면이 상기 저융점 알루미늄판(11)의 상면에 적층된 상태에서 압연에 의해 접합되며, 상면에도 기계적 방법 또는 화학적 방법 중의 어느 한 방법에 의해 요철이 형성된 고융점 알루미늄판(12)과; 기계적 방법 또는 화학적 방법 중의 어느 한 방법에 의해 요철이 형성된 저면이 상기 고융점 알루미늄판(12)의 상면에 적층된 상태에서 압연에 의해 접합되는 저융점 알루미늄판(11')을 포함하여 구성된 알루미늄 클래드판에 있어서,

   상기 저융점 알루미늄판(11)(11')과 고융점 알루미늄판(12) 사이의 접합 계면에는 각각의 표면 산화물층이 압연에 의해 형합된 산화물형합층(A)이 부가적으로 개재된 것을 특징으로 하는 알루미늄 클래드판.
8. 삭제
9. 삭제
10. 압연에 의해 알루미늄 클래드판을 제조하는 방법에 있어서,

    접합 대상이 되는 저융점 및 고융점 알루미늄판의 각 접합 대상면에 화학적 또는 기계적 표면 처리 방법들 중의 어느 하나를 실시하여 표면에 스크래치와 요철을 형성시키는 표면 처리 단계(100)와;

    저융점 알루미늄판/고융점 알루미늄판 또는 저융점 알루미늄판/고융점 알루미늄판/저융점 알루미늄판 중의 어느 한 적층 구조로 알루미늄판들을 적층하는 단계(200)와;

    적층된 알루미늄판들을 대기 분위기 하에서 200∼500℃의 범위로 가열하는 단계(300')와;

    적층 가열된 알루미늄판들을 40∼80%의 압하율로서 온간압연하는 단계(400)를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 알루미늄 클래드판의 제조 방법.

Images