KR100748874B1 - 크래드 공법에 의한 동복알루미늄 선 제조방법 - Google Patents

크래드 공법에 의한 동복알루미늄 선 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 크래드 공법에 의한 동복알루미늄 선 제조방법에 관한 것으로서, (a) 알루미늄 선재를 로드로 가공한 후, 알루미늄 선재를 수산화나트륨 용액에 함침 시킨 후 에어 버블링 처리함으로써, 알루미늄 선재의 표면에 형성되어 있는 표면 이물질을 제거하는 제 1 공정; (b) 제 1 공정을 통해 탈지 처리된 알루미늄 선재를 이소프로필 알콜 용액으로 세척하여 표면에 형성된 산화층을 부분적으로 환원시키는 제 2 공정; (c) 인발수단을 이용하여 알루미늄 선재의 단면을 감소시킴으로써, 알루미늄 선재에 형성된 산화막층을 분쇄하는 제 3 공정; (d) 제 3 공정을 통해 분쇄된 알루미늄 선재의 산화층을 초음파 세척하는 제 4 공정; (e) 알루미늄 선재의 크래드 층을 형성할 구리 판재를 압연 및 절단(slitting) 가공한 후, 구리 판재의 표면을 초음파 세척하는 제 6 공정; (f) 알루미늄 선재의 외표면에 구리 판재를 피복하되, 알루미늄 선재와 크래드 층을 형성할 구리 판재를 용접하여 복층동심원 구조를 갖는 동복알루미늄 선을 형성하는 제 8 공정; 및 (g) 동복알루미늄 선을 공인발 수단의 금형 사이로 통과시킴으로써, 알루미늄 층과 구리 층의 계면이 완벽히 접합되도록 하는 제 9 공정; 을 포함한다.
동복알루미늄선, 계면층, 크래드 공법

Description

크래드 공법에 의한 동복알루미늄 선 제조방법{Method for manufacturing copper clad aluminium wire}
도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 크래드 공법에 의한 동복알루미늄 선 제조장치에 관한 구성도.
도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 크래드 공법에 의한 동복알루미늄 선 제조방법에 관한 전체 흐름도.
도 3 은 기존 금형과 본 발명의 일실시예에 따른 금형의 형상을 보여주는 일예시도.
도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 복층동심원 구조를 갖는 동복알루미늄 선을 보여주는 일예시도.
본 발명은 동복알루미늄 선 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 알루미늄 선재의 산화막을 분쇄하기 위한 인발공정 및 알루미늄 층과 구리 층의 계면을 접합시키는 공인발 공정을 실행함으로써, 알루미늄 층과 구리 층의 계면이 완벽히 접합될 수 있는 크래드 공법에 의한 동복알루미늄 선 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 동복알루미늄선 제조방법은 알루미늄 선재의 로드를 심재로 하여 그 주위에 구리를 씌우고, 물리적인 외력을 이용하여 구리를 접합시킨 후, 알루미늄 선재와 구리 층의 접착성을 향상시키기 위해 열처리를 공정을 실행한다.
한편, 상술한 동복알루미늄 선 제조방법에 관련해서는, 국내 등록특허 제10-0375636호(발명의 명칭: 동복알루미늄선의 제조방법)(이하, '선행특허') 외에 다수 출원 및 등록되어 있다.
보다 구체적으로 선행특허에 따른 동복알루미늄 선 제조방법은 그 출원 명세서에 기재된 바와 같이, 알루미늄합금을 로드로 가공한 다음, 수산화나트륨이 포함된 탈지액으로 탈지 처리하여 알루미늄합금에 부착된 유지성분을 제거하는 탈지단계와, 탈지단계에서 유지가 제거된 알루미늄합금을 에칭액에서 50∼70℃의 온도로 1∼3분간 에칭 처리하여 산화 알루미늄층을 제거하는 산화층 제거단계와, 산화 알루미늄층이 제거된 알루미늄합금을 활성액으로 상온에서 0.5∼2분간 활성화처리하는 활성화처리단계와, 활성화 처리된 알루미늄합금을 징케이트액으로 상온에서 1∼10분간 침적하여 아연피막을 형성시킴과 더불어 잔류 산화 알루미늄층을 제거하는 아연층 형성단계와, 상기 활성화처리단계와 아연층 형성단계를 최소한 2회 이상 반복 실시하는 단계와, 아연층 형성단계에서 외표면에 아연층이 형성된 알루미늄합금을 도금액에서 상온으로 1∼10분간 도금 처리하여 알루미늄합금에 구리층을 형성하는 예비도금단계와, 예비 도금된 알루미늄합금을 수세 처리한 다음 황산이 함유된 중화액으로 처리하여 구리 도금층의 외표면에 형성되어 있던 산화물을 제거하는 중화단계, 및 중화단계에서 산화물이 제거된 알루미늄합금을 목적하는 도금두께의 구 리층을 형성하는 본 도금단계로 이루어진다.
그러나, 상기한 동복알루미늄 선 제조방법은, 구리 도금 방법에 있어 전기도금 방법을 이용하는 바, 알루미늄 심선층(이하, '알루미늄 층')과 동크래드층(이하, '구리 층')의 접합부가 완벽하게 결합되지 않을 경우, 금속 가공 시 취약한 계면층을 형성할 우려가 있으며, 이와 같은 계면층에 의해 신선공정 중 동복알루미늄 선의 단선률이 높아지고 불량률이 발생하는 문제점이 있었다.
그리고, 상기 계면층에 전기가 전도될 경우, 알루미늄 층의 온도가 상승하여 심선 표면층이 부식될 수 있으며, 결과적으로 동복알루미늄 선의 전기전도도가 저하되는 문제를 야기한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 알루미늄 선재의 산화막을 분쇄하기 위한 인발공정 및 알루미늄 층과 구리 층의 계면을 접합시키는 공인발 공정을 실행함으로써, 알루미늄 층과 구리 층의 계면이 완벽히 접합될 수 있는 크래드 공법에 의한 동복알루미늄 선 제조방법을 제공함에 그 특징적인 목적이 있다.
본 발명은 크래드 공법에 의한 동복알루미늄 선 제조방법에 관한 것으로서, (a) 알루미늄 선재(A)를 로드(rod)로 가공한 후, 상기 알루미늄 선재를 수산화나트륨(NaOH) 용액에 함침 시킨 후 에어 버블링 처리함으로써, 상기 알루미늄 선재에 형성되어 있는 표면 이물질을 제거하는 제 1 공정; (b) 상기 제 1 공정을 통해 탈 지 처리된 상기 알루미늄 선재(A)를 이소프로필 알콜 용액으로 세척하여 산화막층을 부분적으로 환원시키는 제 2 공정; (c) 인발수단을 이용하여 상기 알루미늄 선재(A)의 단면을 감소시킴으로써, 상기 알루미늄 선재에 형성된 산화막층을 분쇄하는 제 3 공정; (d) 상기 제 3 공정을 통해 분쇄된 알루미늄 선재(A)의 산화층을 초음파 세척하는 제 4 공정; (e) 상기 알루미늄 선재(A)의 크래드 층을 형성할 구리 판재(B)를 압연 및 절단 가공한 후, 상기 구리 판재의 표면을 초음파 세척하는 제 6 공정; (f) 상기 알루미늄 선재(A)의 외표면에 상기 구리 판재(B)를 피복하되, 상기 알루미늄 선재와 크래드 층을 형성할 구리 판재를 용접하여 복층동심원 구조를 갖는 동복알루미늄 선(C)을 형성하는 제 8 공정; 및 (g) 상기 동복알루미늄 선(C)을 공인발 수단의 금형 사이로 통과시킴으로써, 상기 알루미늄 층과 구리 층의 계면이 완벽히 접합되도록 하는 제 9 공정; 을 포함한다.
바람직하게 상기 알루미늄 선재(A)의 산화층을 세척하는 초음파 대역은, 80KHz 내지 100KHz인 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게 상기 구리 판재(B)의 표면을 세척하는 초음파 대역은, 30KHz 내지 50KHz인 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게 상기 제 4 공정 이후에, 상기 알루미늄 선재(A)의 표면 미세 이물질을 제거하기 위해 표면 연마하는 제 5 공정; 을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게 상기 제 6 공정 이후에, 상기 구리 판재(B)의 표면 미세 이물질을 제거하기 위해 표면 연마하는 제 7 공정; 을 더 포함하는 것을 특징으로 한 다.
그리고 바람직하게 상기 제 9 공정의 공인발 부하는, 상기 제 3 공정의 인발 부하의 20% 내지 50%인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1 은 본 발명에 따른 크래드 공법에 의한 동복알루미늄 선 제조장치(이하, '제조장치')를 개념적으로 도시한 구성도로서, 이하에서는 그 언급을 생략하겠으나, 모든 처리공정은 알루미늄 선재(A)를 탈지처리 및 알콜 세척하여 상기 선재의 표면 산화막을 분쇄하고, 상기 선재의 표면을 초음파 세척 및 연마하는 알루미늄 선재 가공장치(100)와, 구리 판재(B)를 주조하여 초음파 세척한 후, 표면 연마하는 구리 판재 가공장치(200), 그리고 상기 알루미늄 선재의 외표면에 구리 판재를 피복하여, 그 계면이 완벽히 접합되도록 하는 크래딩 장치(300)에 의해 수행되는 것으로 이해하는 것이 바람직하다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 전체적으로 제조 장치는 탈지수단(110), 알콜 세척수단(120), 알루미늄 선재 인발수단(130), 초음파 세척수단(140), 연마수단(150)을 포함하는 알루미늄 선재 가공장치(100)와, 구리 판재 주조수단(210), 초음파 세척수단(220), 연마수단(230)을 포함하는 구리 판재 가공장치(200), 및 크래딩 수단(310), 공인발 수단(320)을 포함하는 크래딩 장치(300)로 구성된다.
본 발명의 특징적인 일 양상에 따른 제조장치를 이용한 크래드 공법에 의한 동복알루미늄 선 제조방법에 관한 전체적인 흐름을 도 2 내지 도 4 를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
[제 1 공정] 탈지처리.
도 2 에 도시된 바와 같이, 알루미늄 선재(線材)(A)를 로드(rod)로 가공한 후, 수산화나트륨(NaOH) 용액(5~7%)으로 탈지(脫脂) 처리한다(S10).
구체적으로 제 1 공정은, 알루미늄 선재에 형성되어 있는 표면 이물질을 제거하는 과정으로서, 알루미늄 선재 가공 시 부착된 압연유, 왁스 등의 유분 및 기타 이물질을 제거한다. 이때, 수산화나트륨 용액의 온도는 70°내지 80°C, 바람직하게 75°C이며, 알루미늄 선재를 상기 용액에 함침시킨 후 4~5분간 에어 버블링(압력 1.5kg중/mm2) 처리한다.
[제 2 공정] 알콜 세척.
상기 제 1 공정을 통해 탈지 처리된 알루미늄 선재(A)를 5~10%의 이소프로필 알콜 용액으로 세척하여 산화막층을 부분 환원시킨다(S20).
[제 3 공정] 인발.
알루미늄 선재(A)를 단면 형상을 갖는 모선(母線)으로 뽑아냄으로써 알루미늄 선재에 형성된 산화막(Al2O3)층을 분쇄한다(S30).
구체적으로 제 3 공정은, 알루미늄 선재(A)를 선지름 8.5~9.0mm의 모선으로 뽑아내는 과정이다. 즉, 알루미늄 선재(A)를 인발수단(140)의 금형(die) 사이로 통과시켜 알루미늄 선재의 단면을 5~10% 감소시킴으로써, 알루미늄 선재(A) 표면에 형성된 산화막(Al2O3)층을 미세하게 분쇄한다.
이때, 본 발명에 따른 금형(M1)은 도 3 에 나타낸 바와 같이, 기존 금형(M2)과 대비하여, 금형 접근 각도(a1)가 15°~ 20° 증가되며, 소성 가공부의 길이(b1)를 50% 감축된 형상을 갖는다.
[제 4 공정] 알루미늄 선재 초음파 세척.
상기 제 3 공정을 통해 분쇄된 알루미늄 선재(A)의 산화층을 초음파 세척 처리한다(S40). 이때, 산화층을 세척하는 초음파의 대역은 80 KHz 내지 100KHz, 바람직하게 90KHz로 설정한다.
[제 5 공정] 표면 연마.
상기 알루미늄 선재의 표면 미세 이물질을 제거하기 위해 표면 연마한다(S40a).
[제 6 공정] 구리 판재 초음파 세척.
상기 알루미늄 선재의 크래드 층을 형성할 구리 판재(B)를 압연 및 절 단(slitting) 가공한 후, 상기 구리 판재의 표면을 30KHz 내지 50KHz, 바람직하게 40KHz 대역의 초음파로 세척한다(S50).
[제 7 공정]
상기 구리 판재(B)의 표면 미세 이물질을 제거하기 위해 표면 연마한다(S50a).
[제 8 공정] 구리 피복.
상기 알루미늄 선재(A)의 외표면에 상기 구리 판재를 피복한다(S60). 구체적으로 제 8 공정은, 상기 알루미늄 선재(A)와 크래드 층을 형성할 구리 판재(B)를 용접하여 도 4 에 도시된 바와 같이, 복층동심원 구조를 갖는 동복알루미늄 선(C)을 형성한다.
[제 9 공정] 공인발.
상기 제 8 공정을 통해 복층동심원 구조를 갖는 동복알루미늄 선(C)의 계면이 완벽히 접합되도록 공인발 수단(320)의 금형(die) 사이로 통과시킨다(S70).
구체적으로 제 9 공정은, 알루미늄 층과 구리 층의 계면이 완벽히 접합되도록 동복알루미늄 선(C)을 공인발수단(320)의 금형(die) 사이로 통과시키되, 이때 걸리는 공인발의 부하는 상기 제 3 공정의 인발 부하의 50% 이내의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명 에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
상기와 같은 본 발명의 제조방법에 따르면, 알루미늄 층과 구리 층의 계면이 완벽히 접합될 수 있는 바, 전기전도도 및 기계적 특성이 우수한 동복알루미늄 선을 제조할 수 있으며, 동복알루미늄 선의 불량률을 경감시키고 미세한 선경(100μm)의 동복알루미늄 선을 제조할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 알루미늄 선재 가공장치(100), 구리 판재 가공장치(200) 및 크래드 장치(300)를 이용한 크래드 공법에 의한 동복알루미늄 선 제조방법에 있어서,
    (a) 알루미늄 선재(A)를 로드(rod)로 가공한 후, 상기 알루미늄 선재를 수산화나트륨(NaOH) 용액에 함침 시킨 후 에어 버블링 처리함으로써, 상기 알루미늄 선재에 형성되어 있는 표면 이물질을 제거하는 제 1 공정(S10);
    (b) 상기 제 1 공정을 통해 탈지 처리된 상기 알루미늄 선재(A)를 이소프로필 알콜 용액으로 세척하여 산화막층을 부분적으로 환원시키는 제 2 공정(S20);
    (c) 인발수단(140)을 이용하여 상기 알루미늄 선재(A)의 단면을 감소시킴으로써, 상기 알루미늄 선재에 형성된 산화막층을 분쇄하는 제 3 공정(S30);
    (d) 상기 제 3 공정을 통해 분쇄된 알루미늄 선재(A)의 산화층을 초음파 세척하는 제 4 공정(S40);
    (e) 상기 알루미늄 선재(A)의 크래드 층을 형성할 구리 판재(B)를 압연 및 절단 가공한 후, 상기 구리 판재의 표면을 초음파 세척하는 제 6 공정(S50);
    (f) 상기 알루미늄 선재(A)의 외표면에 상기 구리 판재(B)를 피복하되, 상기 알루미늄 선재와 크래드 층을 형성할 구리 판재를 용접하여 복층동심원 구조를 갖는 동복알루미늄 선(C)을 형성하는 제 8 공정(S60); 및
    (g) 상기 동복알루미늄 선(C)을 공인발 수단(320)의 금형 사이로 통과시킴으로써, 상기 알루미늄 층과 구리 층의 계면이 완벽히 접합되도록 하는 제 9 공 정(S70); 을 포함하는 크래드 공법에 의한 동복알루미늄 선 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 알루미늄 선재(A)의 산화층을 세척하는 초음파 대역은,
    80KHz 내지 100KHz인 것을 특징으로 하는 크래드 공법에 의한 동복알루미늄 선 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 구리 판재(B)의 표면을 세척하는 초음파 대역은,
    30KHz 내지 50KHz인 것을 특징으로 하는 크래드 공법에 의한 동복알루미늄 선 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 4 공정(S40) 이후에,
    상기 알루미늄 선재(A)의 표면 미세 이물질을 제거하기 위해 표면 연마하는 제 5 공정(S40a); 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 크래드 공법에 의한 동복알루미늄 선 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 6 공정(S50) 이후에,
    상기 구리 판재(B)의 표면 미세 이물질을 제거하기 위해 표면 연마하는 제 7 공정(S50a); 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 크래드 공법에 의한 동복알루미늄 선 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 9 공정의 공인발 부하는, 상기 제 3 공정의 인발 부하의 20% 내지 50%인 것을 특징으로 하는 크래드 공법에 의한 동복알루미늄 선 제조방법.
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