KR101198324B1 - 고강도 고열전도성의 컨덴서 튜브용 알루미늄 합금 및 그 제조방법 - Google Patents

고강도 고열전도성의 컨덴서 튜브용 알루미늄 합금 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 컨덴서 튜브용 알루미늄 합금 및 그 제조방법에 관한 것으로서, Fe 0.01~0.5wt%, Zr 0.01~0.2wt%, MM(Misch metal) 0.001~0.1wt% 그리고 나머지는 알루미늄을 용해하고 합금화하여, 주조바로 성형하고 상기 주조바를 일정한 크기의 단면으로 다단압연하여 라드(rod)로 가공한 후 상기 압연된 알루미늄 합금 라드를 감아 완성하는 것을 특징으로 하는 고강도 고열전도성의 컨덴서 튜브용 알루미늄 합금 및 그 제조방법을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 알루미늄 베이스에 Fe, Zr, MM(Misch metal)을 첨가원소로 하여 사용 목적이나 용도에 따라 첨가량의 최적화, 공정 온도의 조절, 다단압연의 횟수 등을 조절하고 최적화하여 첨가원소의 편석을 방지하여 고강도, 고열전도도를 가지는 컨덴서 튜브용 알루미늄 합금을 제공할 수 있으므로 소형화, 박육화와 고강도화가 가능한 컨덴서 튜브를 제조할 수 있는 이점이 있다.

Description

고강도 고열전도성의 컨덴서 튜브용 알루미늄 합금 및 그 제조방법{Aluminum Alloys for Condenser Tube with High Strength and High Thermal Conductivity}
본 발명은 컨덴서 튜브용 알루미늄 합금 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 알루미늄 베이스에 Fe, Zr, MM(Misch metal)을 첨가하고 이에 대한 첨가량 및 공정 조건을 최적화함으로써 첨가원소의 편석을 방지하여 고강도, 고열전도의 컨덴서 튜브용 알루미늄 합금 및 그 제조방법의 제공을 그 목적으로 한다.
냉방기기는 기본적으로 액체냉매를 운반하는 역할을 하는 압축기(compressor), 냉방기기의 바깥으로부터 유입되는 높은 온도의 공기를 제공받아 찬 공기를 실내에 배출시키는 역할을 하는 증발기(evaporator), 기체냉매를 액화시키는 역할을 하는 컨덴서(condenser)로 구성된다. 가전용 및 자동차용 컨덴서는 소형, 고성능화가 추진되고 있다. 특히 컨덴서를 고성능 소형화하면 설치공간의 절약효과뿐만 아니라, 전기에너지를 절감할 수 있다.
한편, 자동차, 가전 및 산업용 냉동기나 공조기의 작동유로 사용되고 있는 CFC계 및 HCFC계 냉매가 오존층 파괴의 주요 원인 물질로 밝혀짐에 따라 세계 각국은 새로운 대체냉매를 개발하여 적용 중에 있다. 현재까지 개발되어 사용되고 있는 냉매로는 R-134a(CH2-FCF3), R-404(HFC125 44%, HFC143a 52%, HFC134a 4%), R-410a 등이 있으며 자동차의 냉동 공조기의 신냉매로는 R-134a를 사용하고 있다. 향후 보다 우수한 CO2 계열의 신냉매가 개발 중에 있다. 지금까지 개발된 대체냉매는 대부분 R22보다 냉방능이 감소하며, 기화압력은 오히려 2배 정도 증가하는 한계를 보이고 있다.
만일 현재 시판되고 있는 가전용 냉방기기의 설계형식을 그대로 유지하면서 대체냉매를 사용한다면, 현재와 같은 냉방능력을 얻기 위해서는 냉방기기의 크기가 증가하여야 하며, 이에 따라 사용되는 알루미늄 재료의 양뿐만 아니라 가동을 위한 전기에너지의 소모량도 증가하게 된다.
이처럼 신냉매가 적용됨에 따라 열전도도, 압력손실 등의 유체특성 향상과 더불어 응축효율의 극대화에 부응할 수 있는 부품설계와 소재개발이 필요하게 되었다. 이러한 신냉매용 컨덴서는 튜브의 multi cell화, 편평화, 핀의 미세화 등에 의한 형상개량으로 성능향상은 꾀할 수 있지만 중량의 증가로 경량화에 역행할 수 있다. 따라서 경량 박육 및 초소형화를 고려한 합금개발이 주된 목표가 될 수 있다.
일반적으로 가전용 및 자동차용 컨덴서 튜브는 고강도와 고열전도성을 동시에 확보, 내식성 구비 및 브레이징성 확보 등의 요구조건을 만족하여야 함과 동시에 고정밀성의 압출을 요하게 되며, 구체적으로는 다음과 같은 기능을 필요로 한다.
1)제품설계측면에서는 박육화, 편평화, multi cell화, 고효율화
2)제품개발측면에서는 고내식성, 고강도, 고내압성, 고열전도성 재료의 개발
3)압출금형의 측면에서는 고정도, 고난이도로 가공할 수 있는 정밀압출을 위한 정밀압출시스템의 구축과 그에 따른 압출가공조건의 확립 등 핵심기술이 필요하다.
컨덴서용 튜브 부품은 향후 더욱 소형화, 경량화하는 방향으로 전개되며, 결국 목표로 하는 컨덴서용 튜브의 소재적인 측면에서의 기능은 다음과 같은 것이 요구된다.
1)고강도의 기계적 성질을 구비할 것
자동차 컨덴서용 알루미늄 합금 튜브의 강도는 HFC 134a에 근거하여 기체냉매에 의한 부하압력 11kg/cm2에 최소한 견딜 수 있다. 그런데 가전용 냉방기기에 사용되는 냉매는 R22이며, 사용되는 재료의 내압은 16kgf/cm2으로 증가한다. 그러나 향후의 대체냉매 채용 시의 설계압력 및 튜브소재의 박육화에 의한 열효율성을 고려하여, 내압강도 30kg/cm2의 튜브소재의 개발이 필요하다. 알루미늄 합금화에 의하여 강도를 증가시킬 수 있으나 열전도성과 압출성은 감소하게 된다.
2)열전도도가 우수하여야 한다.
기체냉매가 컨덴서를 구성하는 다공 알루미늄 튜브를 통과하는 동안에 액체로 응축하기 위해 필요한 반응열은 발열이며, 이 열은 튜브벽 및 튜브에 접촉되어 있는 핀재를 통하여 열전달로 방열된다. 따라서 튜브의 열전도도는 매우 중요하며, 재질에 크게 영향을 받는다.
3)압출성이 양호하여야 한다.
컨덴서용 튜브의 벽두께는 0.4mm 이하로 박육 튜브이다. 압출을 위하여 연속주조로부터 약 9.5 ~ 12.5mm의 rod 형태의 알루미늄소재를 사용하고, 소재가 압출기로의 유입될 때 소재와 압출금형과의 마찰열을 이용한 가열법으로 압출하는 conform process가 적용되고 있다.
이와 같이, 컨덴서 튜브용 알루미늄 합금의 재료적인 측면에서는 고강도와 고열전도성을 동시에 확보함과 동시에 내식성 구비 및 브레이징성 확보하는 기술이 필요하다.
기존의 컨덴서용 합금은 A1050, A1070, A1100 합금이 주류를 이루고 있으며, 합금개발에 있어서도 이 합금에 Cu, Mn, Sm, TiB 등과 같은 합금을 첨가하여 강도와 열전도성을 향상시키는 연구를 진행하였다. 지금까지 이루어진 새로운 알루미늄 합금 탐사 연구의 경우, 첨가원소의 성분 총량이 0.5~1%이상으로 상당히 높아, 중요한 열전도특성이 감소하게 된다.
이와 같이, 컨덴서용 튜브로 알루미늄 합금을 사용하기 위해서는 알루미늄 합금의 여러 물성 중에서 인장강도와 열전도도가 가장 중요하다. 그러나 이 두 가지의 물성은 서로 반비례하여 요구하는 물성 목표치에 맞게 제조공정이 변화하게 된다. 알루미늄 합금 내에 결함이 존재하면 합금원소가 첨가될 경우 강도는 증가하나 열전도도는 감소하게 되므로 컨덴서의 효율이 떨어뜨리게 된다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 컨덴서 튜브용 알루미늄 합금 소재를 개발하기 위한 것으로, 첨가원소의 선정, 첨가량의 최적화, 공정 조건을 최적화하여 첨가원소의 편석을 방지하여 고강도, 고열전도의 컨덴서 튜브용 알루미늄 합금 및 그 제조방법의 제공을 그 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위한 것으로, 컨덴서 튜브용 알루미늄 합금에 있어서, Fe 0.01~0.15wt%, Zr 0.01~0.1wt%, MM(Misch metal) 0.001~0.1wt% 그리고 나머지는 알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 고열전도성의 컨덴서 튜브용 알루미늄 합금을 기술적 요지로 한다.
또한, 본 발명은 Fe 0.01~0.15wt%, Zr 0.01~0.1wt%, MM(Misch metal) 0.001~0.1wt% 그리고 나머지는 알루미늄을 용해하고 합금화하는 제1단계와, 상기 알루미늄 합금을 주조바로 성형하는 제2단계와, 상기 주조바를 일정한 크기의 단면으로 다단압연하여 라드로 가공하는 제3단계와, 상기 압연된 알루미늄 합금 라드를 감는 제4단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고강도 고열전도성의 컨덴서 튜브용 알루미늄 합금의 제조방법을 또 다른 기술적 요지로 한다.
여기에서, 상기 제1단계에서의 합금화는 740℃~850℃에서 이루어지고, 제2단계의 주조바 성형은 450℃~550℃에서 이루어지며, 상기 주조바는 490℃~550℃로 유지된 상태로 다단압연되고, 제 3단계의 압연 시작은 450℃~550℃, 압연 종료는 250℃~350℃에서 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 과제 해결 수단에 의해 본 발명은 알루미늄 베이스에 Fe, Zr, MM(Misch metal)을 첨가원소로 하여 사용 목적이나 용도에 따라 첨가량의 최적화, 공정 온도의 조절, 다단압연의 횟수 등을 조절하고 최적화하여 첨가원소의 편석을 방지하여 고강도, 고열전도도를 가지는 컨덴서 튜브용 알루미늄 합금을 제공할 수 있으므로 소형화, 박육화와 고강도화가 가능한 컨덴서 튜브를 제조할 수 있는 효과가 있다.
도 1 - 본 발명에 따른 알루미늄 합금의 제조장치에 대한 모식도.
본 발명은 인장강도를 향상시키면서 열전도도를 개선시키기 위한 컨덴서 튜브용 알루미늄 합금 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 첨가원소로서 Fe, Zr, MM(Misch metal) 그리고 나머지는 알루미늄으로 구성되며, 첨가량으로 Fe 0.01~0.15wt%, Zr 0.01~0.1wt%, MM(Misch metal) 0.001~0.1wt%로 이루어지도록 하여 용해시 첨가원소의 편석을 방지하여 고강도, 고열전도성 및 압출성이 용이한 컨덴서 튜브용 알루미늄 합금을 제조하고자 하는 것이다.
이러한 컨덴서 튜브용 알루미늄 합금의 제조방법은, 용해로를 통해 Fe 0.01~0.15wt%, Zr 0.01~0.1wt%, MM(Misch metal) 0.001~0.1wt% 그리고 나머지는 알루미늄을 용해하고 합금화하고, 주조기를 통해 상기 알루미늄 합금을 주조바로 성형한 후, 다단압연기를 통해 상기 주조바를 일정한 크기의 단면으로 압연하여, 코일기를 통해 상기 압연된 알루미늄 합금 라드를 감는 과정으로 이루어진다.
그리고, 상기 용해로에서의 합금화는 740℃~850℃에서 이루어지고, 상기 주조바 성형은 450℃~550℃에서 이루어지며, 압연 시작은 450℃~550℃, 압연 종료는 250℃~350℃에서 이루어지는 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명하고자 한다.
먼저, 고강도 고열전도성의 컨덴서 튜브용 알루미늄 합금을 조성하기 위한 첨가원소는 Fe, Zr, MM(Misch metal) 그리고 알루미늄으로 구성되는 것으로, 알루미늄 합금에 미량의 Fe, Zr, MM의 원소를 첨가한 합금이다. 일반적으로 용해용 원재료로 사용되는 ingot은 흔히 99.8%Al 이상의 virgin ingot과 virgin ingot에 소량의 B을 첨가한 EC(Electrical Commercial) ingot으로 나눈다. B을 첨가하면 단위 첨가량 당 전기전도도를 크게 저하하는 Ti, V, Mn등과 반응하여 Boride를 형성하여 이들 원소에 의한 원자결함을 금속간화합물의 결함으로 바꾸어 상대적 전기전도도의 저하를 방지하고 장시간 유지시 Al용탕과 Boride의 비중 차에 의해 침강, 분리시키게 되므로 EC(Electrical Commercial) ingot을 사용한다.
상기 Fe, Zr, MM(Misch metal) 각 첨가원소가 알루미늄 합금에 미치는 영향은 다음과 같다.
Fe - 알루미늄 합금 내에서 강도를 증가시키는 역할을 하는 것으로 그 함유량을 0.01 ~ 0.5wt%로 한정한다. 그 이유는 철의 함유량이 0.01wt% 이하이면 그 효과가 미비하며 반면에 0.1wt%을 초과하면 그 효과가 과포화되어 도전율과 내열성이 감소하게 된다. Al-Fe계는 공정반응이며 Al3Fe의 용융온도가 1147이고 탄성계수가 130MPa로 Al에 비해 2배 이상이다.
Zr - 알루미늄 합금에서 Zr은 강도 증가와 더불어 내열성을 향상시키는 원소로 알려져 있다. Al-Zr합금에서 내열성을 지배하는 인자는 미세한 Al3Zr석출물로 생각되지만 구형의 형상과 일정한 분포상태에서 최고의 효과를 나타낸다. 주조시에 과포화 고용된 Zr이 재결정시에 석출하거나, 냉간가공전에 적당한 열처리에 의해서 미세한 석출물을 석출시킨다. Al-Zr합금의 내열성향상기구는 Zr의 함량이 0.2wt%이상인 경우와 이하인 경우로 구분된다. Zr이 0.2wt% 이상되는 고농도 Al-Zr합금의 내열성 향상 원인은 과포화 고용상태로 있던 Zr이 Al3Zr의 미립 석출상으로 되어 이것이 전위나 아결정립에 석출되어 이들의 이동을 방해하기 때문이다. 미량 첨가된 Al-Zr합금의 내열성 향상 원인은 냉간소성변형에 의해서 이루어진 Substructure를 Zr이 강하게 고착해서 아결정립의 합체, 성장을 억제하여 회복을 지연시키기 때문인 것으로 알려져 있다.
MM(Mish Metal) - Sc, Y, Hf, La, Ce, Pd, Nb 등의 희토류 원소는 추가적인 고용강화효과와 편석을 해결할 수 있고 입계취화에 따른 성형성 저하를 방지하는 효과가 있다. 특히 고온에서의 열적안정성을 증가시킨다.
상기에서 나타난 각 원소를 첨가하게 되면 알루미늄의 강도와 내열성은 향상되지만 컨덴서 튜브용 알루미늄 합금에서 가장 중요한 인자인 열전도도가 감소하게 되므로, 상기 첨가원소는 최적 첨가량의 범위 내에서 사용하도록 한다. 본 발명에서의 첨가원소는 고용량이 적기 때문에 대부분 석출물의 형태로 존재하고 전기전도도나 열전도도에 미치는 영향이 적은 반면에 강도 증가나 내열성에 미치는 영향이 크다. 한편, Ti, V, Mn 등의 원소농도는 엄격히 제한하였으며, 이는 전기전도도 및 열전도도에 미치는 영향이 크기 때문이다. Ti, V는 고용한도 크고 비저항의 증가도 크기 때문에 알루미늄 용탕중에 Al-B나 붕불화칼륨형태로 붕소를 투입하여 TiB2, VB2의 형태로 침강 제거시킨다.
다음으로 컨덴서 튜브용 알루미늄 합금의 제조방법에 대해 설명하고자 한다.
본 발명에 따른 컨덴서 튜브용 알루미늄 합금은 배치타입(Batch type), 연속주조법(Properzi법) 등에 의해 제조될 수 있으나, 공정이 간단하고 미량 성분의 컨트롤이 가능하여 제품의 균질성을 얻을 수 있는 연속주조법에 의해 제조된다.
도 1은 상기 연속주조법에 의한 본 발명에 따른 알루미늄 합금의 제조장치에 대한 모식도를 나타낸 것으로, 먼저, 용해로(100)를 통해 Fe 0.01~0.15wt%, Zr 0.01~0.1wt%, MM(Misch metal) 0.001~0.1wt% 그리고 나머지는 알루미늄을 용해하고 합금화하고, 주조기(200)를 통해 상기 알루미늄 합금을 주조바로 성형한 후, 다단압연기(300)를 통해 상기 주조바를 일정한 크기의 단면으로 압연하여, 코일기(400)를 통해 상기 압연된 알루미늄 합금 라드를 감는 과정으로 크게 이루어진다. 각 공정 단계에서 알루미늄 연주봉의 온도구배, 응고속도, 첨가원소 등의 응고 해석에 따라 연속주조공정을 최적화한다. 이렇게 제조된 알루미늄 합금 라드는 압출 공정 등을 거쳐 컨덴서 튜브로 최종 제작되게 된다.
연속주조에 의한 공정은 알루미늄을 포함하는 상기 미량의 금속 Fe, Zr, MM을 용해로에 투입하여 740℃~850℃에서 용해 및 합금화를 시킨다. 용해 및 합금화 온도는 800℃로 한 경우 Zr량은 거의 감소하지 않았으며 재결정온도도 가장 높게 나타났다. 반면 700℃의 경우 Zr량은 상당히 감소하였으며, 부분적으로 편석이 심하게 나타났으면 재결정온도도 가장 낮게 나타났다. 용해 및 합금화 온도가 높을수록 Zr, Sc, MM, Y 등의 첨가원소의 량이 감소하지 않았으며, 첨가원소의 편석도 일어나지 않았고, 재결정온도도 높게 나타났다. 이는 알루미늄 중에 Zr 등과 같이 첨가원소를 가능한 많이 강제 고용시켜 내열성을 향상시키기 위해서이다.
그리고, 용해로에서 출탕된 용탕은 탕도를 따라 이동후 주조기에 유입되고 주조기는 내외부에서 냉각수가 분사되어 사각형태의 주조바로 응고시킨다. 주조바는 450℃~550℃에서 형성되며, 490℃~550℃의 고온으로 유지된 상태로 다단압연기로 공급된다. 여기에서 주조바의 온도가 너무 낮을 때에는 다음과정인 다단압연에서 압착불량에 의한 균열의 위험성이 높아지고, 주조바의 온도가 너무 높을 때에는 압연은 용이하나 주조바의 중앙부에 미세 수축공의 발생의 위험이 높아지게 되어 압연과정에서 압착되지 못하면 차후 공정에서 중앙부의 단선의 원인이 된다.
그리고, 상기 주조바는 490℃~550℃의 고온으로 유지된 상태에서 3방향롤에 의한 연속 다단압연기로 공급되며, 압연 시작은 450℃~550℃, 압연 종료는 250℃~350℃에서 이루어져, 직경 9.5mm~12.5mm 정도의 라드(rod)로 압연된다. 상기 주조바를 열간 압연하는 것은 주조조직을 파괴하고, 정출한 Zr, Fe 등을 포함한 조대한 정출물을 분쇄하여 균일하고 미세하게 분포시켜 강도를 향상시킴과 동시에 신선후 처리에 있어서 Zr 등의 석출site가 되는 전위를 증식시키기 위해서이다.
여기에서, 열간 압연 온도를 550℃ 이하에서 시작하여 350℃ 이하에서 가공을 종료하는 이유는 열간 가공 개시 온도가 550℃를 초과하면 Zr 등의 강제 고용된 합금원소가 조대하게 석출되어 내열성과 강도 등의 특성향상에 기여하지 않는 현상이 발생되었으며 열간 가공의 종료온도가 350℃ 이상에서는 Zr의 석출site가 되는 전위의 증식이 충분하게 이루어지지 않게 된다. 또한 열간 가공시 단면감소율을 92%로 하였다. 이는 단면감소율이 80% 미만에서는 주조 조직의 파괴, 조대한 정출물의 분쇄, 전위의 증식 등이 충분히 일어나지 않기 때문이다.
한편, 제조 공정에서 균열을 방지하기 위해 압연온도를 조절할 수 있으며, 편석층을 절삭하기 위해 열간면삭기를 사용할 수도 있다.
연속해서 압연된 라드는 통상 2~4톤 정도의 일정한 중량으로 감아 코일기를 통해 코일링(coiling)되며, 코일링시 압연공정을 정지하지 않기 위해 복수코일장치를 설치해 일정 중량으로 감아 완성한다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 대해 설명하고자 한다.
본 발명에 따른 고강도, 고열전도성의 알루미늄 합금을 제조하기 위하여, 우선 상용 EC Grade 알루미늄 합금을 용해시키고, Fe, Zr, MM을 첨가하였다. 용해 및 합금은 전기로를 사용하여 시행하였다. 주조 공정은 EC Grade 알루미늄 용해, 첨가원소의 합금화, 교반(agitation), 출탕으로 이루어지며, 1시간 동안 온도조건 800℃에서 이루어졌다. 이는 알루미늄 중에 Fe, Zr, MM 등의 첨가원소를 강제 고용시켜 강도, 내열성을 향상시키기 위한 것으로, 740℃ 이하의 온도에서는 조대한 정출물이 정출, 편석되었다. 출탕시 주조기의 온도는 490℃로 조절하여 주조바(cast bar)를 제작하였다.
그리고, 제작된 주조바는 다단압연기를 통해 일정한 크기의 단면으로 압연시키며, 압연 시작온도는 490℃, 종료 온도는 280℃로 하였다. 3방향롤에 의한 연속 13단~15단의 다단압연기로 공급되며, 각 단계의 가공율은 평균 20%, 최종 가공율은 93.4%로 실행되며, 열간압연은 주조 조직을 파괴하고, Zr 정출물을 분쇄하여 균일하고 미세하게 분포시켜 강도 및 내열성을 향상시키게 된다.
열간 압연개시온도는 550℃ 이하로 열간 가공 개시온도가 550℃를 초과하면 Zr 등이 조대하게 석출되거나 내열성, 강도 특성 향상에 기여하지 않게 되며, 열간 압연종료온도는 350℃ 이하로 열간 가공 종료온도가 350℃ 이상에서는 전위의 증식 등이 충분히 발생되지 않게 된다. 이러한 열간 압연시 단면감소율은 80% 이상이며, 단면감소율이 80% 미만에서는 주조조직의 파괴, 조대한 정출물의 분쇄, 전위 증식 등이 충분히 일어나지 않게 된다. 최종 압연가공이 완료되면 직경 9.5mm~12.5mm 정도의 라드(rod)로 압연된다.
연속 다단압연에 따라 내부 조직이 변화하게 되는데, 압연 순서대로 주조바의 주조 조직, 연속 다단압연에 의한 변형조직, 최종 알루미늄 라드(rod)의 재결정화된 조직으로 변화된다. 연속 다단압연에 따라 표면부에서 우선적으로 변형이 이루어지면서, 각 단의 형상이 삼각형일 경우 변형(strain)이 높으며, 변형률(strain rate)은 단이 증가할수록 증가하였고, 다단압연 말기에는 재결정조직이 관찰되었다. 본 발명에서 열전도도변화는 연속 다단압연을 거치면서 다단압연의 진행에 따라 증가하며, 다단압연 중에 미세조직의 변형으로 감소하였다가 다시 증가하였다. 따라서 가공에 의해 주조조직의 파괴로 열전도도가 증가하였다가, 변형조직의 생성으로 열전도도가 일시적으로 감소하였으나 그 후 가공에 의해 재결정조직이 형성되고 가공방향으로 결정립이 연신되면서 열전도도가 다시 증가하였다.
본 발명의 일실시예에 사용된 Al EC grade의 화학조성은 다음 표 1과 같다.
Al Si Fe Ni Zn Ti V Ga
99.8 이상 0.04 0.11 0.006 0.001 <0.001 0.001 0.015
다음 표 2는 본 발명에 따라 여러 가지 알루미늄 합금 조성에 따른 알루미늄 합금 라드 및 기존의 컨덴서용 합금 합금의 열전도도와 인장강도를 나타낸 것이다. 시편의 강도는 Zwick사의 인장시험기를 이용하여 Cross Head Speed 10mm/min에서 실시하였다. 열전도율 측정(NETZSCH 사의 LFA447)은 재료의 한쪽 면에 레이저를 투사하여 가열하고, 반대편에 열이 전달되는 시간을 적외선 센서로 측정한 것이다.
No Fe Zr MM Al 열전도도
(W/mK)		 인장강도
(kgf/mm2)
본 발명에 따른 알루미늄 합금 1 0.11 0.04 0.03 Bal. 205 17.0
2 0.11 0.03 0.03 Bal. 212 16.5
3 0.11 0.02 0.04 Bal. 206 16.5
4 0.11 0.01 0.05 Bal. 205 16.8
5 0.11 0.01 0.015 Bal. 217 16.0
6 0.11 0.01 0.02 Bal. 207 16.3
기존 컨덴서용 합금 7 0.4 Bal. 220 8.0
8 0.2 Bal. 220 8.0
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 인장강도는 최대 17kgf/mm2까지 증가되었고, 열전도도 변화는 200W/m.K 이상으로, 기존 컨덴서용 합금과 비교하여 본 발명에 따른 알루미늄 합금 라드는 고강도와 열전도성이 우수한 컨덴서 튜브용 알루미늄 합금으로 제공할 수 있음을 확인할 수 있었다. 즉, 인장강도가 월등히 증가되어도 열전도도는 200W/m.K 이상의 값을 유지하여 고강도와 열전도성을 동시에 만족하는 컨덴서 튜브용 알루미늄 합금을 제공할 수 있는 것이다.
또한, 다른 실시예로써 MM을 0.015wt%, 0.02wt%로 첨가한 경우에의 인장강도는 각각 16.0kgf/mm2, 16.3kgf/mm2, 열전도도는 각각 217.0W/mK. 207W/mK로 관찰되었으며, 본 발명에 따른 조성 범위 내에서 컨덴서 튜브의 사용 환경 및 작업 환경을 고려하여 고강도 및 열전도성을 동시에 만족하도록 조성을 조절 첨가하여 사용 목적에 부합하는 최적의 컨덴서 튜브를 제작하도록 한다.
한편, 본 발명에 따른 알루미늄 합금에 대한 압출성 지수는 기존의 A6063 알루미늄 합금을 압출성을 100으로 하였을 때 150으로 매우 우수한 압출성을 나타내었다.
이와 같이 본 발명에 따른 컨덴서 튜브용 알루미늄 합금은 기본 알루미늄 베이스에 Fe, Zr, MM(Misch metal)을 첨가원소로 하여 사용 목적이나 용도에 따라 첨가량의 최적화, 공정 온도의 조절, 다단압연의 횟수 등을 조절하고 최적화하여 첨가원소의 편석을 방지하여 고강도, 고열전도도를 가지는 컨덴서 튜브용 알루미늄 합금을 제조할 수 있게 된다.
100 : 용해로 200 : 주조기
300 : 다단압연기 400 : 코일기

Claims (5)

  1. 삭제
  2. Fe 0.01~0.5wt%, Zr 0.01~0.2wt%, MM(Misch metal) 0.001~0.1wt% 그리고 나머지는 알루미늄을 용해하고 합금화하는 제1단계와;
    상기 알루미늄 합금을 주조바로 성형하는 제2단계와;
    상기 주조바를 일정한 크기의 단면으로 다단압연하여 라드로 성형하는 제3단계와;
    상기 압연된 알루미늄 합금 라드를 감는 제4단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고강도 고열전도성의 컨덴서 튜브용 알루미늄 합금의 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제1단계에서의 합금화는 740℃~850℃에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 고강도 고열전도성의 컨덴서 튜브용 알루미늄 합금의 제조방법.
  4. 제 2항에 있어서, 제2단계의 주조바 성형은 450℃~550℃에서 이루어지며, 상기 주조바는 490℃~550℃로 유지된 상태로 다단압연기로 공급되는 것을 특징으로 하는 고강도 고열전도성의 컨덴서 튜브용 알루미늄 합금의 제조방법.
  5. 제 2항에 있어서, 제3단계의 압연 시작은 450℃~550℃, 압연 종료는 250℃~350℃에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 고강도 고열전도성의 컨덴서 튜브용 알루미늄 합금의 제조방법.
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