KR100914013B1 - 성형 제품의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압출 또는 압연에 의해 하나 이상의 편평한 표면을 갖추는 중간 물품을 제조하는 단계와, 주성분으로 메타크릴레이트 호모폴리머 또는 메타크릴레이트 코폴리머를 기재로 하는 10 중량 % 이상의 합성 수지를 함유하고 결합제와 플럭스 입자를 포함하는 플럭스 함유 코팅으로 상기 하나 이상의 표면을 코팅하는 단계와, 상기 중간 물품을 성형 제품으로 재성형하는 단계와, 상기 성형 제품의 정해진 부분 사이에 하나 이상의 브레이징에 의한 연결을 제공하기에 충분한 온도로 상기 성형 제품을 가열하는 단계를 포함하는 것인 성형 제품의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

성형 제품의 제조 방법{A PROCESS OF MAKING A SHAPED PRODUCT}
본 발명은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 성형 제품의 제조 방법에 관한 것으로, 이러한 방법은 압출 또는 압연에 의해 중간 물품을 제조하는 단계와 이 중간 물품을 성형 제품으로 재성형하는 단계를 포함하는 것이다.
그러한 제조 방법은 주지되어 있으며, 감긴(wrapped) 튜브, 접힌(folded) 튜브 또는 소위 용접된 튜브와 같은 상이한 유형의 배관를 제조하는 데 이용된다.
다수의 이러한 성형 제품에 있어서, 예컨대 배관에 요구되는 것과 같은 밀봉 구조를 얻거나, 예컨대 접힌 튜브에 요구되는 것과 같은 필요 강도를 얻기 위해서는 성형 제품의 상이한 부분을 서로 연결하는 것이 필요하다. 이러한 작업은 통상 브레이징(brazing)에 의해 수행된다. 만일 그러한 연결 작업이 필요하다면, 적어도 브레이징되는 한 부분의 표면에 플럭스 코팅을 해야 할 필요가 있게 된다.
그러나, 모든 공지된 플럭스 코팅은 중간 물품을 성형 제품으로 재성형한 후에 도포하여야 한다는 단점이 있다. 이러한 공지의 플럭스 코팅은 대체로 중간 물품의 재성형 과정에서의 변형력을 견디기에는 너무 쉽게 부서지거나 알루미늄 표면에의 부착력이 떨어진다. 따라서, 통상의 플럭스 코팅은 재성형 과정에서 알루미늄 표면에서 부분적으로 떨어져 나오게 되고, 특히 변형이 일어나는 곳에서 그러한 일이 발생한다.
따라서, 본 발명의 목적은 중간 물품의 변형/굽힘이 일어나기 전에 플럭스 코팅을 도포할 수 있게 해주는 제조 방법을 제공하려는 것이다. 이러한 목적은 본원 청구범위 제1항에 개시한 제조 방법에 의해 달성된다.
이러한 방법에서는 단순한 코팅 처리 방법에 의해 플럭스 코팅을 도포할 수 있게 되는데, 이러한 방법은 공지된 도포 기법에 비해 기술적으로 간단하고, 브레이징을 요하는 위치에만 코팅을 도포하는 정도로 쉽게 적용할 수 있다,
어떠한 종류의 플럭스 코팅도 사용될 수 있으므로, 브레이징 플럭스의 종류는 이러한 제조 방법에 제한적인 요소가 아니다.
본 발명은 한가지 유형의 제품에만 한정되는 것이 아니고, 다양한 유형의 제품이 만들어질 수 있다.
이하,본 발명의 실시예를 통하여 본 발명의 부가의 특징 및 장점을 설명한다.
도 1은 본 발명에 따라 만든 튜브의 개략적인 단면도이고,
도 2는 본 발명에 따라 만든 튜브의 변형예의 개략적인 단면도이며,
도 3은 본 발명에 따라 만든 튜브의 제3 실시예의 개략적인 단면도이고,
도 4는 본 발명에 따라 만든 다중 포트를 갖는 소위 접힌 튜브의 개략적인 단면도이며,
도 5는 접힌 튜브의 변형예의 개략적인 단면도이고,
도 6은 접힌 튜브의 제3 실시예의 단면도이며,
도 7은 본 발명에 따라 제조한 소위 용접된 튜브의 개략적인 단면도이다.
도 1에는 소위 감긴 튜브(10)가 도시되어 있다. 이러한 감긴 튜브(10)는, 예컨대 압연에 의해 편평한 형상의 물품을 얻고, 이어서 측부(11)가 겹쳐 놓인 대략의 원통의 형상을 얻도록 이 편평한 대상물을 구부려서 얻은 것이다. 본 발명에 따르면, 대상물이 편평한 형상인 상태에서 겹쳐 놓이는 측부(11)의 적어도 일부에 브레이징 플럭스 함유 코팅을 도포하였고, 따라서 PCT/EP99/09162에 개시된 것과 같은 종래의 코팅 시스템에 의한 매우 단순한 방법으로 코팅을 도포하였다. 감긴 튜브를 열교환기에서 헤더 튜브(header tube) 또는 매니폴드(manifold)로 사용하려는 것인 경우에는 편평하게 성형한 물품의 측부에 오목한 부분이나 절개부를 마련할 수 있는데, 이러한 부분은 감긴 튜브로 성형한 후에 열교환기 튜브(12)의 단부에 대한 구멍을 형성하는 것이다. 또한, 이러한 목적으로 측부(11)의 바깥 벽 부분은 굽힘 작업 전에 브레이징 플럭스 함유 코팅을 도포할 수 있다. 이에 후속하여 앞에서 얻은 튜브(10)와 여기에 삽입된 열교환기 튜브(12)가 있다면 이것도 함께 브레이징 오븐 등에 놓는 경우에는, 이미 브레이징 플럭스 함유 코팅이 존재하기 때문에, 플럭스를 더 도포할 필요가 없고, 겹쳐 놓인 측부(11) 사이 및 튜브(10, 12) 사이에 브레이징에 의한 연결을 바로 얻게 된다.
도 2에도 실질적으로 도 1에 도시한 감긴 튜브(10)에 상응하는 감긴 튜브(20)가 도시되어 있는데, 이 튜브에는 브레이징이 가능하도록 브레이징 플럭스 함유 코팅이 도포될 수 있는 겹쳐지는 측부(21)가 마련되어 있다. 도 2에 도시한 실시예에서, 중간 물품을 형성하는 편평한 시트의 중앙 부분에는 다수의 구멍이나 관통부가 마련되는데, 이들 구멍은 이 실시예에서는 헤더 튜브(20)이거나 매니폴드인 최종 제품으로 성형한 후에 열교환기 튜브(22)의 단부를 수용할 수 있다. 적어도 편평한 시트의 중앙 부분에도 변형이 일어나기 전에 브레이징 플럭스 함유 코팅을 도포하여, 어떠한 부가의 공정 단계를 요하는 일이 없이, 매니폴드(20)를 성형하여 튜브(22)를 삽입한 후에 가열에 의해 매니폴드(20)와 튜브 사이의 브레이징에 의한 연결을 바로 이룰 수 있다.
도 3에는 본 발명의 제조 방법에 의해 얻을 수 있는 감긴 튜브의 제3 실시예가 도시되어 있다. 이러한 유형의 튜브는 특히 브레이크 라인 또는 유압 장치와 같은 고압 장치에 특히 유용할 수 있다. 중간 물품은 적어도 일측에 브레이징 플럭스 함유 코팅이 마련된 편평한 시트이다. 이어서 이 편평한 시트를 원통형으로 감고, 이로써 다수 개의 층이 형성되어 튜브의 벽은 편평한 시트의 두께보다 더 두껍게 된다. 최종 제품의 용례에 따라 2개 이상의 층을 형성하는 것이 좋다. 마지막 단계로서, 감긴 튜브는 사용된 플럭스에 따라 결정되는 필요한 브레이징 온도 이상의 온도로 가열되고, 이로써 감긴 튜브의 층 사이에 플럭스 함유 코팅이 존재하는 데 따른 결과로서 연속하는 층 간의 확고한 연결이 얻어질 수 있다.
도 4 내지 도 6에는 소위 접힌 방식이며 다중 포트를 갖춘 편평한 튜브의 상이한 실시예가 도시되어 있다. 각각의 튜브(40, 50, 60)의 중간 물품은 직사각형의 편평한 시트이다. 브레이징 플럭스 함유 코팅을 시트의 적어도 일측에 도포한 후에 시트를 원하는 형상으로 접고, 이어서 요구되는 브레이징에 의한 연결을 달성하도록 가열한다.
도 4에서는, 튜브(40)의 단부(41, 42)가 브레이징 공정에 의해 연결되어 밀봉될 수 있도록 적어도 튜브의 외측부에 코팅이 마련되어야 한다. 도 5의 실시예에서는 튜브의 양측에 브레이징 플럭스 함유 코팅을 필요로 하지만, 실제 브레이징을 요하는 이들 부분에만 한정할 수 있다. 이 경우에, 코팅을 요하는 부분은 거셋(gusset) 폴드 부분(51)과 2곳의 단부(52, 52)이다. 이러한 방식에서는 2개의 별개의 채널(54, 55)을 얻도록 거셋 폴드 부분(51)과 단부(52, 53) 사이에서 밀봉 연결을 달성할 수 있다. 또한, 2개의 반쪽 거셋 폴드(51)를 함께 브레이징함으로써 튜브의 강도가 향상될 수 있다.
도 6에는 본 발명에 따라 브레이징 플럭스 함유 코팅이 도포된 편평한 시트로부터 동일한 방식으로, 거셋 폴드를 이용하고 관련된 부분을 함께 브레이징하여 다중 포트를 갖춘 편평한 튜브를 얻을 수 있는 방법이 도시되어 있다. 이러한 방식으로 5개의 채널을 갖춘 튜브(60)을 얻을 수 있지만, 그 밖의 어떠한 구성도 얻을 수 있다는 것은 자명하다.
도 7에는, 소위 용접된 튜브, 즉 일단부에서 서로 연결할 수 있는 2개의 반쪽 튜브를 예컨대 압출에 의해 성형하여 얻은 튜브가 도시되어 있다. 재성형 후에 시임(71)을 따라 2개의 반쪽 튜브를 함께 용접하여 편평한 튜브를 얻었다. 중간 물품은 바깥측 벽에 브레이징 플럭스 함유 코팅이 마련될 수 있는 반쪽 튜브일 수도 있고, 또는 양쪽의 편평한 측부에 브레이징 플럭스 함유 코팅이 마련될 수 있는 최종적인 용접된 튜브일 수 있다. 그 최종 결과는 동일하고, 그러한 코팅은 튜브(70)와, 예컨대 핀스톡(finstock) 사이에 브레이징 연결을 형성할 수 있게 해준다. 본 발명에 따른 제조 방법은, 코팅은 했지만 브레이징은 하기 전에 튜브를 사행(蛇行) 형태로 성형할 수 있게 해주고, 다음에 핀스톡을 튜브에 브레이징할 수 있게 해준다.
이하에 프리브레이즈 코팅(prebraze coating)이라 부르는 것, 즉 플럭스 또는 플럭스 생성 화합물과, 브레이징 합금 또는 가열시에 브레이징 합금을 생성하는 성분을 함유하는 코팅, 또는 이하에 프리플럭스 코팅(preflux coating)이라 부르는 것, 즉 플럭스 또는 플럭스 생성 화합물을 함유하는 코팅을 사용할 수 있는데, 후자의 경우, 브레이징 합금은 클래드(clad) 알루미늄 재료, 즉 브레이징 합금의 최상층을 갖는 재료를 이용하여 얻을 수 있고, 여기서 코팅은 상기 클래드 재료의 최상층에 마련된 것이거나, 또는 코팅된 알루미늄 제품은 클래드 알루미늄 재료와 조합하여 이용된다.
프리브레이즈 코팅의 예로서는, 예컨대 WO-A-0138040에 기재된 것과 같은 소위 반응성 플럭스가 있는데, 그러한 플럭스는 K2SiF6를 기재로 하는 것이다. 코팅은 0 ~ 100 중량%의 K2SiF6 또는 0 ~ 100 중량%의 KZnF3 및/또는 0 ~ 50 중량%의 플루오로알루미네이트 칼륨(potassium fluoroaluminate)을 함유할 수 있다. 이러한 종류의 코팅은 피복되지 않은 알루미늄 재료에 도포될 수 있는데, K2SiF6로부터 유래하는 Si는 필러 재료를 제공하고, 칼륨(K), 불소(F) 및 알루미늄(Al)은 플럭스로 작용하는 플루오로알루미네이트 칼륨을 형성한다. 이러한 종류의 코팅은 관 이음부에 대한 핀(fin)에 특히 적합하지만, 본 발명의 용례에 사용할 수 있다.
다른 종류의 프리브레이즈 코팅으로는, 예컨대 규소(Si) 입자를 함유한 플럭스로서, 상표명 노콜록 실(Nocolok Sil)로 알려진 플럭스를 기재로 하는 것이 있다. 규소 입자는 필러 재료를 제공하게 되고, 상기 노콜록 플럭스는 통상의 방식으로 작용하게 된다. 또한, 이러한 종류의 코팅은 피복되지 않은 알루미늄 재료와 함께 사용될 수 있다.
세번째 종류의 프리브레이즈 코팅은, 예컨대 AA4047, AA4045 등과 같은 알루미늄-실리콘 합금의 분말과 결합된 상표명 노콜록(Nocolok)과 같은 플루오로알루미네이트 칼륨을 기재로 한 플럭스로 이루어진 것이다. 알루미늄-규소 입자는 필러 재료를 제공하게 되고, 플럭스는 통상의 방식으로 작용하게 된다. 또한, 이러한 종류의 코팅은 피복되지 않은 알루미늄 재료와 함께 사용된다.
프리플럭스 코팅의 예로서는 이하의 조성물을 들 수 있다.
칼륨-플루오로-알루미네이트와 같은 보통의 플럭스와 노콜록(Nocolok)의 화합물. 이러한 종류의 코팅은 클래드 알루미늄 재료에 도포되거나 브레이징 클래드가 마련된 다른 알루미늄 제품과 함께 사용되어야 한다.
예컨대 프리플럭스 코팅이라 불리는 본 발명에 따라 사용될 수 있는 그 밖의 플럭스 종류로는 이하의 것이 있다.
테트라플루오로알루미네이트 칼륨(KAlF4), 펜타플루오로알루미네이트 칼륨(K2AlF5, K2AlF5ㆍH2O) 및 헥사플루오로알루미네이트 칼륨(K3AlF6)과 같은 플루오로알루미네이트 칼륨. 그러한 플럭스의 예가 GB-A-1,438,955, US-A-4,428,920, US-A-3,951,328, US-A-5,318,764 및 US-A-4,579,605에 개시되어 있다.
Al2F4O 및 AlFO와 같은 옥시플루오로알루미늄
AlF2(OH), AlF2(OH)·H2O 및 AlF(OH)2와 같은 하이드록시플루오로알루미늄
테트라플루오로붕산염 칼륨(KBF4) 및 테트라플루오로붕산염 나트륨(NaBF4)과 같은 플루오로붕산염. 그러한 플럭스의 예는 GB-A-899,171, GB-A-1,007,039 및 US-A-4,235,649에 개시되어 있다.
트리플루오로아연산염 칼륨(KZnF3), 테트라플루오로아연산염 칼륨(K2ZnF4), 트리플루오로아연산염 세슘(CsZnF3) 및 테트라플루오로아연산염 세슘(Cs2ZnF4)과 같은 플루오로아연산염(Fluorozincate). 그러한 플럭스의 예는 DE-A-19,913,111 및 WO-A-99,48641에 개시되어 있다.
헥사플루오로규산염 세슘(CsSiF6), 헥사플루오로규산염 칼륨(K2SiF6), 헥사플루오로규산염 리튬(Li2SiF6), 헥사플루오로규산염 루비듐(Rb2SiF6), 헥사플루오로규산염 나트륨(Na2SiF6) 및 헥사플루오로규산염 암모늄((NH4)2SiF6)와 같은 플루오로규산염 알칼리 금속(Alkali metal fluorosilicate). 그러한 플럭스의 예는 US-A-5,785,770, DE-A-19,636,897, US-A-5,985,233, US-A-6,019,856, US-A-5,980,650 및 WO-A-98,10887에 개시되어 있다.
헥사플루오로규산염 칼륨 세슘(KCsSiF6), 헥사플루오로규산염 리튬 세슘(LiCsSiF6), 헥사플루오로규산염 루비듐 세슘(RbCsSiF6), 헥사플루오로규산염 루비듐 칼륨(RbKSiF6) 및 헥사플루오로규산염 암모늄 세슘(NH4CsSiF6)과 같은 플루오로규산염 알칼리 바이메탈(alkali bimetal fluorosilicate).
하이드로플루오로규산염 세슘(CsHSiF6), 하이드로플루오로규산염 칼륨(KHSiF6), 하이드로플루오로규산염 리튬(LiHSiF6) 및 하이드로플루오로규산염 암모늄(NH4HSiF6)과 같은 (역시 하이드로플루오로규산염 알칼리 금속이라 부르는) 플루오로규산염 알칼리 바이메탈.
불화 세슘(CsF), 헥사플루오로알루미네이트 세슘(Cs3AlF6), 테트라플루오로알루미네이트 세슘(CsAlF4, CsAlF4·H2O) 및 펜타플루오로알루미네이트 세슘(Cs2AlF5, Cs2AlF5·H2O)와 같은 플루오로알루미네이트 세슘 복합물(caesiumfluoroaluminate complexe). 그러한 플럭스의 예는 US-A-4,670,067, US-A-5,171,377(플루오로알루미네이트 세슘과 불화 세슘), US-A-5,806,752(불화 세슘), US-A-5,771,962(불화 세슘), 및 US-A-4,655,385(플루오로알루미네이트 세슘 및 불화 세슘)에 개시되어 있다.
그 밖에도 소위 초유동체 플럭스(superfluid flux)도 이용할 수 있다.
본 발명에 사용되는 합성 수지의 경우, 주로 메타크릴레이트(methacrylate)의 호모폴리머(homopolymer) 또는 2개 이상의 메타크릴레이트의 코폴리머(copolymer)를 포함하는 것이 좋다. 그러한 메타크릴산 에스테르의 특정 예로서는 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 프로필 메타크릴레이트, 2-메틸프로밀 메타크릴레이트, n-부틸 메타크릴레이트, t-부틸 메타크릴레이트, 2-에틸헥실 메타크릴레이트, 옥틸 메타크릴레이트-이소데실 메타크릴레이트, 라우릴 메타크릴레이트, 트리데실 메타크릴레이트, 스테아릴 메타크릴레이트, 시클로헥실 메타크릴레이트, 벤질 메타크릴레이트, 디아실아미노에틸 메타크릴레이트, 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트, 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트, t-부틸아미노에틸 메타크릴레이트, 글리시딜 메타크릴레이트, 메타테라하이드로푸르푸릴 메타크릴레이트 등이 있다.
코팅은 롤 코팅(roll coating) 기법에 의한 것과 같은 상이한 기법에 의해 도포될 수 있는데, 이렇게 도포된 코팅은 가열되고 건조되어 혼합 플럭스 조성물에 있는 유기 용제가 증발한다. 롤-전사 인쇄법(roll-transfer printing)도 사용될 수 있지만 롤 코팅이 바람직한데, 그 이유는 롤 코팅은 퇴적되는 층의 품질을 잘 관리할 수 있기 때문이다.
합성 수지는 200 ~ 400 ℃, 바람직하게는 350 ℃ 미만의 범위에서 휘발되는 성분을 갖는 것이 좋다.
이러한 방식으로 코팅을 얻는데, 그 결합제(binder)는 브레이징 공정에 통상 이용되는 온도에서 증발하므로, 결합제는 최종 브레이징 조인트의 특성에 악영향을 미치지 못한다.
가장 바람직한 실시예로서, 합성 수지는 롬 앤드 하스(Rohm & Haas)의 팔라로이드(Palaroid) B 48로서 시판되고 있는 수지를 10 중량% 이상 함유하는 것이다.
이 수지가, 특히 코팅을 도포하는 과정에서 쉽게 사용할 수 있는 것과 관련하여 플럭스 코팅에 대한 모든 요구 조건을 충족하는 것으로 밝혀졌다. 더욱이, 브레이징 공정 중에 어떠한 유해하거나 위험한 가스도 발생하지 않고, 환경에 유해한 영향이 없는 것으로 밝혀졌다.
플럭스 조성물에 포함된 합성 수지에 대한 플럭스 분말의 중량비가 9:1 내지 1:2, 바람직하게는 9:1 내지 3:2의 범위에 있고, 플럭스 코팅이 2 ~ 20 g/㎡, 바람직하게는 5 ~ 20 g/㎡의 양으로 도포되었을 때에 만족할 만한 결과를 얻었다.
반응성 플럭스의 중량비가 9를 초과하면 알루미늄 재료에 상기 조성물이 부착되는 것이 불충분하게 되고 코팅이 벗겨지게 되는 경향이 있는 반면, 3:2의 비율 미만인 경우에는 초과 분량의 합성 수지가 브레이징 분위기를 해칠 수 있으며, 이는 브레이징 특성을 변화시키고 비용을 상승시킨다.
반응성 플럭스의 양은 코팅된 표면 상의 유리(遊離) 실리콘, 아연 또는 아연 + 실리콘의 양이 1 ~ 7 g/㎡의 범위에 있도록 선택된다.
본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않으면 첨부한 청구범위를 벗어나지 않는 수많은 변경이 가능하다.

Claims (11)

  1. 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 성형 제품의 제조 방법으로서,
    압출 또는 압연에 의해 하나 이상의 편평한 표면을 갖는 중간 물품을 제조하는 단계와,
    메타크릴레이트 호모폴리머 또는 메타크릴레이트 코폴리머를 포함하는 10 중량 % 이상의 합성 수지를 함유하는 결합제와 플럭스 입자를 포함하는 플럭스 함유 코팅으로 상기 하나 이상의 편평한 표면을 코팅하는 단계와,
    상기 중간 물품을 성형 제품으로 재성형하는 단계, 그리고
    상기 성형 제품의 정해진 부분 사이에 하나 이상의 브레이징에 의한 연결을 제공하기에 충분한 온도로 상기 성형 제품을 가열하는 단계
    를 포함하고,
    상기 플럭스의 조성에서 상기 합성 수지에 대한 상기 플럭스의 중량비는 9:1 ~ 3:2의 범위에 있는 것인 성형 제품의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 재성형하는 단계는 상기 중간 물품의 상기 하나 이상의 편평한 표면을 굽히는 작업을 포함하는 것인 성형 제품의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 플럭스는 브레이징 플럭스인 것인 성형 제품의 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 코팅은 프리플럭스(pre-flux) 조성물을 함유하는 것이고 클래드 재료와 조합하여 사용되는 것인 성형 제품의 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 제3항에 있어서, 상기 코팅된 표면 상의 유리(遊離) 실리콘, 아연 또는 아연 + 실리콘의 양이 1 ~ 7 g/㎡의 범위에 있도록 반응성 플럭스의 양을 선택하는 것인 성형 제품의 제조 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 플럭스는 플루오로알루미네이트 화합물을 기재로 하는 것인 성형 제품의 제조 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 성형 제품은 접힌 튜브(folded tube)인 것인 성형 제품의 제조 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 성형 제품은 용접된 튜브(welded tube)인 것인 성형 제품의 제조 방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 성형 제품은 감긴 튜브(wrapped tube)인 것인 성형 제품의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 성형 제품은 매니폴드 튜브인 것인 성형 제품의 제조 방법.
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