KR100826658B1 - 이종금속 접합방법 및 이에 의해 제조된 접합체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이종금속의 접합방법에 있어서, 구리와 알루미늄을 접합시키되, 접합계면에 구리의 표면을 카드뮴으로 도금하여 양 금속간 접합도를 향상시키는 구리도금단계; 주조될 알루미늄을 용해하는 단계; 캐스터에 도금된 구리를 삽입하고 준비된 알루미늄 용액을 캐스터에 투입하여 주조하는 단계를 포함하는 이종금속의 접합방법을 제공한다.

구리, 알루미늄, 접합

Description

이종금속 접합방법 및 이에 의해 제조된 접합체{METHOD FOR COMPRESSION OF THE DIFFERENT KIND METAL}

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 접합방법의 공정순서도.

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 접합체가 황산 환경하에서 부식되는 개념도.

도 3은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 접합체의 단면도.

도 4는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 접합체의 단면도.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

100 : 구리층 200 : 알루미늄층

300 : 접합계면 400 : 요철

500 : 단조층

본 발명은 이종금속 접합방법 및 이에 의해 제조된 접합체에 관한 것으로서, 특히 구리와 알루미늄 금속의 새로운 접합방법으로서 알루미늄의 산화를 지연시키거나 방지할 수 있는 이종금속 접합방법 및 이에 의해 제조된 접합체에 관한 것이다.

알루미늄은 구리보다 이온화경향이 크기 때문에 전해질 용액 중에서 이들 두 금속이 접촉하고 있게 되면 일종의 전기화학적 전지를 형성시켜 알루미늄이 심하게 부식하게 되고, 이와 같이 알루미늄의 부식이 진행되어 접합상태가 심각하게 손상되는 문제가 있다.

따라서 상기 접합제품이 전기선로에서 사용되는 경우 심각한 과열 사고가 발생하는 원인으로 작용하게 되거나 금속회수용으로 사용될 경우 수율이 상당히 저하된다.

이러한 접속부식의 방지를 위하여 종래에는 다음과 같은 방법들이 알려져 있는바, 알루미늄에는 주석(Sn) 또는 니켈(Ni)을 기초 도금한 다음, 그 위에다 은(Ag)을 도금하고, 구리에는 은(Ag)만을 도금한 후 접한 경계면에 도전성 콤파운드를 도포하므로서 외기의 침투가 방지되도록 접합시키는 셀렉트론(selectron)도금법이 제안된 바 있다. 특성이 좋으나 비용이 많이들고 시공법이 까다로울 뿐만 아니라, 만일 은(Ag)도금면에 핀홀이 발생하는 경우에는 부식이 촉진되는 것은 물론 분해후 재조립할때 다시 도금해야 하는 단점이 있다.

또 다른 예로서 전기화학적으로 알루미늄과 구리의 중간금속인 주석(Sn)과 납(Pb)의 합금을 두 금속사이에 끼워넣어 상호 인접한 금속의 전위차를 작게하는 중간합금 개재법이 제안된 바 있다. 상기 방법은 접촉 전위차가 감소하는 대신 금속 저항이 증가하는 문제점이 있다.

또 다른 예로서 알루미늄 부재의 접촉면에 주석(Sn)을 도금한 구리 패드(Pad)을 압접시키는 방법 등이 있다. 상기 방법은 접촉면이 평면인 경우에만 가능할 뿐, 전선클램프와 같이 그루브(groove)가 있는 곳에는 적용이 곤란한 문제점이 따른다.

한편 최근에는 상기와 같은 문제를 해결하고자 대한민국 공개특허 제1988-0002611호에서는 기름속 물 형(water-in oil type) 에멀젼 폭약을 사용하여 금속층을 동일하거나 또는 상이한 금속층 1개 또는 그 이상으로 폭발 압착하는 방법이 제안되기도 하였다. 상기 방법은 종래의 문제점을 개선한 측면이 있기는 하나 폭발에 따른 안전사고 및 소음에 따른 환경오염으로 인해 이를 대체할 수 있는 방법이 매우 요망되었다.

최근 원자재 가격의 급증에 따라 특히 구리-알루미늄 접합체는 아연회수수단으로 사용되는데 황산 환경하에서 알루미늄의 부식이 심각하여 상당한 수율 저하현상이 나타나고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 목적은 알루미늄의 부식을 상당히 지연시키거나 방지할 수 있는 이종금속 접합방법 및 이에 의해 제조된 접합체을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 알루미늄의 부식이 지연되거나 방지되어 금속회수 수율이 상승된 이종금속의 접합방법 및 이에 제조된 접합체를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 접합계면의 접합력이 증가된 이종금속 접합방법 및 이에 의해 제조된 접합체을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 주조법에 의해 제조될 수 있는 이종금속 접합방법 및 이에 의해 제조된 접합체을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 이종금속의 접합방법에 있어서, 구리와 알루미늄을 접합시키되, 접합계면에 구리의 표면을 카드뮴으로 도금하여 양 금속간 접합도를 향상시키는 구리도금단계; 주조될 알루미늄을 용해하는 단계; 캐스터에 도금된 구리를 삽입하고 준비된 알루미늄 용액을 캐스터에 투입하여 주조하는 단계를 포함하는 이종금속의 접합방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 구리도금단계 전에 접합계면에서 구리 표면에 미세한 요철구조를 형성시키는 전처리단계를 더 포함하는 이종금속의 접합방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 주조단계 후에 접합체의 외부에 다시 구리판으로서 구리층의 외부 전체 및 접합계면에서 알루미늄층의 상부로 단조층을 더 형성하는 단조단계를 포함하는 이종금속의 접합방법을 제공한다.

또한 본 발명은 이종금속의 접합체에 있어서, 구리층과 그 상부에 알루미늄층이 형성하되 , 상기 구리층은 카드늄으로 도금되고 주조법에 의해 접합되는 이종금속의 접합체을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 구리층의 표면에 미세한 요철 구조가 형성된 이종금속의 접합체을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 접합체의 외부에 다시 구리판으로서 구리층의 외부 전체 및 접합계면에서 알루미늄층의 상부로 단조층을 더 형성된 이종금속의 접합체을 제공한다.

이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된 다.

도 1은 본 발명에 의한 이종금속의 접합방법의 공정순서도를 나타낸 것으로서, 본 발명에 의한 방법은 기본적으로 구리도금단계, 알루미늄 용해단계, 주조단계로 이루어질 수 있다.

구리(Cu)는 주기율표 11족의 구리족 원소에 속하는 금속으로 녹는점 1084.5℃, 끓는점 2595℃, 비중 8.92(20℃)이다. 한편 알루미늄(Al)은 주기율표 13족에 속하는 금속원소로, 은백색의 가볍고 무른 금속으로 녹는점 660.4℃, 끊는점 2467℃, 비중 2.70(20℃)이다.

본 발명의 일실시예에 따른 이종금속의 접합방법으로서 우선 구리와 알루미늄이 접합되는 계면에 구리의 표면을 도금하는 단계를 거친다. 도금물질은 카드뮴(Cd)이 바람직하며 더욱 바람직하게는 시안화카드뮴이 사용될 수 있다. 본 발명에서 상기 물질의 도금단계를 제안하는 것은 구리와 알루미늄은 녹는점이 약 400℃이상 차이가 나기 때문에 접합에 문제가 있다. 따라서 양 금속간의 접합도를 향상시키고 이에 따른 저항 발생을 저하시키기 위함이다.(구리도금단계)

상기 도금단계에 의해 접합될 구리가 준비되면 주조될 알루미늄을 용해하는 단계를 수행한다. 접합에 사용될 알루미늄은 99.7% 용해될 수 있다.(알루미늄 용해단계)

상기 도금 및 용해단계가 완료되면 캐스터(caster)에 도금된 구리를 삽입하고 준비된 알루미늄 용액을 캐스터에 투입하여 주조한다. 상기 주조단계는 약 30초 동안 진행될 수 있다. 상기 온도범위와 시간은 주조될 금속의 냉각과 캐스터에서의 탈리 용이성에 따라 결정될 수 있다.(주조단계)

도 2는 일반적인 알루미늄-구리 접합제의 단면을 나타낸 것인데 도 2b와 같이 시간 경과에 따라 알루미늄-구리의 계면(300)으로부터 알루미늄의 부식이 발생한다. 특히 알루미늄-구리 접합체가 아연 회수용으로 사용될 경우 황산환경에 노출되는데, 이 때 알루미늄의 부식이 발생되고 특히 알루미늄-구리의 계면간의 미세한 간극으로부터 부식이 발생하여 점차 내부로 확산되고 이는 아연회수 수율을 저하시키는 큰 원인이 된다. 따라서 본 발명에 의한 방법으로 알루미늄-구리간 접합력이 향상될 경우 알루미늄의 부식을 상당한 기간동안 지연시킬 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 방법의 또 다른 예로서, 상기 구리도금단계 전에 알루미늄-구리 계면(300)을 전처리하는 단계를 더 추가적으로 실시할 수 있다. 이는 구리 표면에 미세한 요철구조(400)를 형성시키는 것인데, 이로서 접합 표면적을 2배 이상 증가시켜 알루미늄-구리의 접합력을 더욱 증가시킬 수 있다. 도 3은 구리 표면에 요철을 형성하여 접합된 접합체의 단면을 나타낸 것이다. 구리층(100)의 계면(300)에 요철(400)을 형성하는 방법은 그라인딩 또는 에칭 등 다양한 방법이 가능함은 물론이다.

또한 도 4는 본 발명에 의한 방법의 또 다른 예로서, 주조단계 후에 접합체의 외부에 다시 구리판으로서 단조층(500)을 더 형성한 접합체의 단면을 나타낸 것이다. 단조층(500)은 구리층(100)의 외부 전체 및 계면(400)에서 알루미늄층(200)의 상부로 더 형성된다. 단조층(500)은 주조단계가 완료된 접합체를 압축금형에 삽입하여 고압으로 약 2 내지 3초간 처리한다. 단조층(500)은 알루미늄층(200)의 외 부를 보호하여 황산 환경하에서 알루미늄의 부식을 더 지연시키는 역할을 하여 결국 알루미늄-구리 접합체의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 이종금속의 접합방법 및 접합체는 접합력이 증대되어 알루미늄의 부식도가 저하되어 아연회수효율이 증대되는 효과가 있다.

또한 본 발명에 의한 이종금속의 접합방법 및 접합체는 접합계면의 면적이 증대됨에 따라 접합력이 더욱 증대되고, 접합체의 외부에 단조층이 더 형성됨으로서 알루미늄의 부식속도가 80% 이상 지연되는 효과가 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

Claims (6)

1. 이종금속의 접합방법에 있어서,

   구리와 알루미늄을 접합시키되,

   접합계면에 구리의 표면을 카드뮴으로 도금하여 양 금속간 접합도를 향상시키는 구리도금단계;

   주조될 알루미늄을 용해하는 단계;

   캐스터에 도금된 구리를 삽입하고 준비된 알루미늄 용액을 캐스터에 투입하여 주조하는 단계를 포함하는 이종금속의 접합방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 구리도금단계 전에 접합계면에서 구리 표면에 미세한 요철구조를 형성시키는 전처리단계를 더 포함하는 이종금속의 접합방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 주조단계 후에 접합체의 외부에 다시 구리판으로서 구리층의 외부 전체 및 접합계면에서 알루미늄층의 상부로 단조층을 더 형성하는 단조단계를 포함하는 이종금속의 접합방법.
4. 이종금속의 접합체에 있어서,

   구리층과 그 상부에 알루미늄층이 형성되되,

   상기 구리층은 알루미늄층과의 접합계면에 카드늄으로 도금되고,

   상기 도금된 구리층에 용융된 알루미늄이 투입되어 주조법에 의해 접합된 이종금속의 접합체.
5. 제4항에 있어서,

   상기 구리층의 표면에 미세한 요철 구조가 형성된 이종금속의 접합체.
6. 제4항에 있어서,

   상기 접합체의 외부에 다시 구리판으로서 구리층의 외부 전체 및 접합계면에서 알루미늄층의 상부로 단조층을 더 형성된 이종금속의 접합체.

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