KR100883335B1 - 장신구용 고내식성의 동합금 - Google Patents

Abstract

본 발명은 높은 변색 저항을 요하는 동전, 인테리어 장식물, 건축물의 실내구조물, 자동차 키, 엘리베이터 내장재료로 사용되는 고내식성의 동합금에 관한 것으로, 주성분인 구리(Copper,Cu) 90.5∼94.54wt%와 알루미늄(Aluminium, Al) 5∼8 wt%, 니켈(Nickel, Ni) 0.4∼0.8wt%, 마그네슘(Magnesium, Mg) 0.04∼0.2wt%, 팔라듐(Palladium, Pd) 0.02∼0.5wt%으로 구성된다.

따라서, 상기와 같은 본 발명의 동합금은 동에 알루미늄(Al)이 함유되어 금속표면 전체에 안정한 산화알루미늄(Al₂O₃)의 피막을 생성하여 산화구리(CuO)의 생성을 방지하고 내 고온 산화성과 각종 환경에서의 내식성이 뛰어나며 공기 중에 색상이 장기간 변하지 않고 아름다운 18K 색상과 유사하여 고급아파트, 빌딩 등의 실내구조물이나 엘리베이터의 내부 소재, 자동차키, 동전, 열교환기용 플레이트, 내식성 파이프 등의 재질로 널리 사용될 수 있다.

장신구, 고내식성, 동합금, 팔라듐, 알루미늄, 산화알루미늄, 모조금

Description

장신구용 고내식성의 동합금{High corrosion resistant copper alloy for accessories}

본 발명은 장신구용 고내식성의 동합금에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공기 중의 산소에 의해 부식되는 황금색을 나타내는 동합금의 단점을 보완하여 우수한 내부식성을 나타내고 경도가 높아 외부의 긁힘 저항에도 강하여 합금 자체의 색상을 장기간 유지할 수 있는 쉽게 부식되거나 변색 되지 않는 동합금에 관한 것이다.

동합금은 다른 금속과 비교하여 열 및 전기전도도가 우수하고, 유연하고 전연성이 좋으므로 각종 전기·기계부품, 건축재료로 많이 사용되고 있는 소재이기도 하나 적절한 원소와의 합금을 통하여 아름다운 색깔은 낼 수 있다는 점과 비교적 화학적 저항력이 커서 화폐나 장신구 등에도 활용되는 소재이다.

모조금(Imitation gold)은 금의 대용으로 사용하는 합금으로 구리를 바탕으로 하여 알루미늄, 아연을 첨가한 것인데, 구리와 아연의 합금을 톰백(Tombac)이라 한다. 모조금은 금과 비슷한 빛깔, 감촉을 지니므로 장신구나 미술장식 등에 금 대용으로 사용하지만, 녹슬기 쉬워 표면을 플라스틱에 금색으로 코팅한 것도 있다.

종래의, 함규소황동은 구리에 10∼16%의 아연과 4∼5%의 실리콘을 넣은 것으로 silzin bronze라 하며 주물을 만들기 쉽고 내해수성이나 강도가 우수하며 특히 값이 싸므로 선박부품 등에 쓰이기도 하지만 현재 수출용으로 쓰이는 주물용 모조장신구품에 이를 사용하고 있으나 그 자체로 쓰이지는 않으며 금도금을 하여 사용되고 있다.

또한, 니켈알루미늄청동은 구리에 8-10%의 알루미늄과 0.5%의 철 그리고 1∼6%의 니켈을 함유한 것으로 선박용 프로펠러로 사용되는 내해수성의 펌프나 밸브소재로 사용되며 니켈성분 원자재 0.2m/m 내지 1m/m이내의 코일 작업은 상기 소재로서의 사용은 불가능하다.

구리에 3∼8%의 주석과 1%의 아연을 넣은 청동은 성형성이 좋고 각인하기 쉬우며 색깔도 비교적 좋으므로 화폐나 메달 등에 사용된다. 하지만 주물용으로 사용하기 위해서는 약간의 납을 첨가하여 사용하며 내식성이 떨어지며 압연작업이 불가능하다.

또한, Tombac이라 불리는 소재는 구리에 5∼20%의 아연을 넣어 제조된 합금으로 전연성이 뛰어나고 색깔도 아름다워 장식용 금속 잡화, 악기 등에 사용된다. 이것은 색깔이 금에 가까우므로 모조금으로 사용되며 박으로 하여 금박의 대용으로 쓰이기도 한다. 우수한 기계가공성으로 인하여 판, 봉, 관, 선으로 만들어 제품으로 이차성형 되고 있으나 본 발명의 소재보다는 땀 등의 인체 분비물에 대한 내식성이 월등히 떨어진다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출 된 것으로서, 공기 중의 산소에 쉽게 부식되지 않으며 인체 분비물에 대한 우수한 내 부식성을 가지고 경도가 높아 외부의 긁힘 저항에도 강하여 합금 자체의 색상을 장기간 유지할 수 있으며, 황금색의 미려한 색상으로 각종 모조금의 장신구들에 활용하거나 황금색을 장기간 유지하여야 건축물의 실내구조물이나 엘리베이터의 내부 소재로 널리 사용될 수 있는 우수한 동합금 소재를 제공하고자 한다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 주성분인 구리(Copper,Cu) 에 공기 중의 산소에 의한 부식을 방지하기 위하여 알루미늄(Aluminium, Al)을 첨가하며 알루미늄에 의해 높아진 강도에 연성과 인장강도, 연신율, 경도를 압연할 수 있는 적당한 기계적 성질을 조정하기 위해 마그네슘(Magnesium, Mg)과 팔라듐 (Palladium, Pd)을 첨가하고 나아가 공기나 물에 철보다 덜 침식되는 니켈(Nickel, Ni)을 첨가함으로서 내식성이 우수한 동합금을 제조한다.

상기와 같은 본 발명의 구성에 의하면, 우수한 내 부식성을 나타내고 경도가 높아 외부의 긁힘 저항에도 강하여 합금 자체의 색상을 장기간 유지할 수 있으며, 황금색의 색상 또한 미려하여 각종 모조금의 장신구들에 활용하여 제품의 품질 및 상품성을 향상시킬 수 있음은 물론 황금색을 장기간 유지하여야 하는 호텔, 고급아 파트, 빌딩 등의 건축물의 실내구조물이나 엘리베이터의 내부 소재로 널리 사용될 수 있다.

본 발명의 동합금의 구성원소는 공기 중의 산소에 의해 부식되거나 변색 되는 점과 땀 등의 인체분비물에 의해 내식성이 떨어지는 점 및 기계적 가공성이 떨어지는 난점을 동시에 만족하기 위해 유용한 합금원소들을 적정량 조절하여 우수한 장신구용 모조금의 동합금을 제조한 것이다.

주성분인 구리(Copper,Cu) 90.5∼94.54wt%에 알루미늄(Aluminium, Al) 5∼8 wt%, 니켈(Nickel, Ni) 0.4∼0.8wt%, 마그네슘(Magnesium, Mg) 0.04∼0.2wt%, 팔라듐(Palladium, Pd) 0.02∼0.5wt%가 첨가되어 색깔이 황금색으로 미려하며 공기 중의 산소에 의해 변색이나 부식이 쉽게 되지 않아 내부식성이 뛰어나고 경도가 매우 우수하여 표면 긁힘 등에 강하고 압연 가공성이 우수하므로 가공이 우수한 합금 소재로서의 특징이 있다.

본 발명에 사용된 각 합금 구성원소들의 작용은 다음과 같다.

본 발명소재의 구성 합금원소 중 구리(Cu)는 다른 금속재료와 비교하여 화학적 저항성이 커서 부식되기 어려우며 아름다운 색상을 가지고 있으며 니켈, 알루미늄, 팔라듐, 마그네슘과 같은 다른 원소들과 용이하게 합금을 만들 수 있는 등 공업적으로 유용한 성질이 있다. 이러한 성질 때문에 동을 이용한 합금은 그 수가 많으며 이러한 합금은 적절한 합금구성원소의 배합에 따라 기계부품, 건축, 가구, 가구 장식, 자동차 키, 동전 등에 가장 많이 쓰이는 소재이다.

장신구 및 건축물의 인테리어, 엘리베이터 내부에 사용되는 종래의 소재는 금도금 장식으로서 도금막 밑의 철표면에서 진행되는 부식반응으로 도금막이 일어나 외관상 보기 흉한 현상이 발생하므로 이를 보완하기 위하여 본 발명 소재의 구성 합금원소 중 알루미늄(Aluminium, Al)을 첨가함으로써 금속표면에 산화 피막이 형성되어 내식성을 높이는 부동태화(不動態化)를 하여 화학적으로 안정하여 공기 중의 산소에 부식되지 않도록 하는 것이다. 상기의 알루미늄(Al) 원소의 첨가는 산화알루미늄(Aluminum oxide, Al₂O₃)의 피막을 형성함으로써 내식성을 향상시킨다.

또한, 알루미늄(Aluminium) 성분의 첨가로 기계적 성질 특히 강도, 경도를 증가시키며, 전체 조성 중 5∼8wt%를 함유하며 만일 그 함량이 2wt% 미만이면 강도 및 내식성 효과가 미약하고 반면에 8wt%이상을 초과하는 경우 재료의 균질한 조직을 얻을 수 없으며 가공성이 현저히 저하되므로 균질화 열처리가 필요하게 된다.

본 발명소재의 마그네슘(Magnesium, Mg)은 압연 시 박판을 제조할 때 편리하도록 첨가하는 것으로서 전체 조성에 있어 0.04∼0.2wt%의 함량을 가지며, 1wt%이상을 초과하는 경우 인장강도나 연신율이 급격히 저하되는 문제가 발생한다.

또한, 팔라듐(Palladium, Pd)은 알루미늄이나 니켈의 첨가로 가공성이 저하되는 문제를 해소하기 위하여 첨가되는 것으로서 동합금에 연성을 주기 위하여 그 함량은 전체 조성에 있어 0.02∼0.5wt%를 첨가하는 것이 바람직하다.

구성원소 중 니켈(Nickel, Ni)은 알루미늄과 같이 강도와 내식성을 향상시켜주는 작용을 하며 그 함량은 전체 조성에 있어 0.4∼0.8wt%로서 그 함량이 0.1wt% 미만이면 니켈 첨가 효과가 미미하고 3wt%를 초과하는 경우 그 강도는 향상되나 내후성과 가공성이 현저하게 저하되는 문제가 있다.

본 발명에 따른 동합금의 제조공정은 순도 99%이상의 전해동을 장입하여 용락이 되며 여기에 상기와 같은 조성량에 해당하는 알루미늄을 다른 합금원소인 니켈, 마그네슘, 팔라듐의 첨가시기를 전·후하여 2∼3차례 나누어 투입하여 용해로(Furnace)에서 용탕을 제조한다. 알루미늄을 투입시에는 용탕 내부 깊숙이 찔러 넣어야 산화손실을 막을 수 있으며 탈가스작용도 확실히 기대할 수 있다. 이때 용탕의 탈가스의 방출을 위해서 용탕의 온도를 적정온도보다 약간 승온하여 용탕을 비등시켜 잠시 유지한 후 다시 적정온도로 유지시킨다.

따라서, 상기 동합금에 사용되는 성분들을 가열용융하는 온도는 1180℃ 내지 1250℃로 유지하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 동합금의 제조공정 과정도이다.

도 1을 참조하면, 99.9%의 전해동(電解銅)을 전기유도로에 장입(裝入)하고 승온하여 고체상태로 적열(赤熱)상태가 유지되도록 하여 일정시간 유지한다. 이때에 적열상태를 유지하면 전해등에 포함되어 있는 가스를 확산 배출시킬 수 있다. 이후 구리가 녹아서 용탕이 만들어지면 구성원소인 알루미늄을 용탕속으로 플런저(Plunger)를 통하여 찔러 넣는다. 이후 용탕이 비등하면 열원을 줄이고 잠잠해질 때가지 진정 후 니켈, 마그네슘, 팔라듐을 첨가한다. 용탕을 잠시 비등시킨 후 반응이 끝날 때까지 기다린다.

상기한 방법으로 제조한 본 발명의 동합금은 종래의 아연(Zn)을 함유한 동합금에 비하여 부식정도가 20배 정도 감소됨으로써 내부식성이 향상되어 장신구나 엘리베이터의 내부의 인테리어에 사용하기에 적합하다. 또한 본 발명의 동합금은 부식이나 변색이 쉽게 되지 않는 황금색의 동합금이므로 내식성 파이프로 제조 사용하기에 적합한 소재이다.

본 발명은 각종 모조금의 장신구에 활용하거나 호텔, 고급아파트, 빌딩 등의 건축물에 고급스러움을 표현하는 실내구조물 또는 엘리베이터의 내부, 자동차 키, 동전, 열교환기용 플레이트 등의 소재로 활용 가능하다. 또한 본 발명은 내식성 파이프의 소재로 활용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 동합금의 제조공정 과정도

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 용해로 200 ; 전해동 장입재

300 : 플런저 400 : 기타 합금 장입재

500 : 알루미늄 장입재

Claims (2)

1. 장신구 및 엘리베이터 내부에 사용되는 동합금에 있어서,

   주성분인 구리(Copper,Cu) 90.5∼94.54wt%와 알루미늄(Aluminium, Al) 5∼8 wt%, 니켈(Nickel, Ni) 0.4∼0.8wt%, 마그네슘(Magnesium, Mg) 0.04∼0.2wt%, 팔라듐(Palladium, Pd) 0.02∼0.5wt%으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장신구용 고내식성의 동합금
2. 제 1항에 있어서,

   상기 동합금에 사용되는 성분들을 가열용융하는 온도는 1180℃ 내지 1250℃로 유지하는 것을 특징으로 하는 장신구용 고내식성의 동합금

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