KR101362328B1 - Cu/Al clad material with high strength and interfacial reliability through alloying, and the method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 합금화에 의한 미세조직 및 계면조직 변화에 의해 전기적·기계적 신뢰성과 계면 신뢰성을 향상시킬 수 있는 구리 소재와 알루미늄 소재를 이용한 클래드재 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 클래드재는, 구리 소재와 알루미늄 소재가 차례로 적층된 적층 구조를 가지며, 구리 소재는 Cu기지에 Cr, Zr, Ag, Mg, Mn, Ti, Nb, Fe, Co로 이루어지는 합금원소 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 합금원소를 함유하고, 알루미늄 소재는 Al기지에 Cr, Zr, Ag, Mg, Mn, Ti, Nb, Fe, Co, Si로 이루어지는 합금원소 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 합금원소를 함유한다. 본 발명에 의한 클래드재는 구리 소재 및/또는 알루미늄 소재에 전기전도도를 크게 저하시키지 않으면서 강도를 증진시키고 구리와 알루미늄의 반응상을 억제시키는 합금원소를 첨가함으로써, 종래의 Cu/Al 클래드재에 비해 강도와 전기적 특성이 우수하며, 계면 신뢰성과 내구성이 향상된다.The present invention relates to a clad material using a copper material and an aluminum material and a method of manufacturing the same that can improve electrical and mechanical reliability and interface reliability by changing microstructure and interface structure by alloying. The cladding material according to the present invention has a laminated structure in which a copper material and an aluminum material are sequentially laminated, and the copper material is formed from an alloy element group consisting of Cr, Zr, Ag, Mg, Mn, Ti, Nb, Fe, and Co on a Cu base. One or more alloying elements selected, and the aluminum material comprises one or more alloying elements selected from the group of alloying elements consisting of Cr, Zr, Ag, Mg, Mn, Ti, Nb, Fe, Co, Si on an Al substrate. It contains. Clad material according to the present invention compared to the conventional Cu / Al clad material by adding an alloying element to enhance the strength and suppress the reaction phase of copper and aluminum without significantly lowering the electrical conductivity to the copper material and / or aluminum material Excellent strength and electrical properties, improved interface reliability and durability.

Description

합금화에 의해 강도와 계면신뢰성이 향상된 구리/알루미늄 클래드재 및 그 제조방법{Cu/Al clad material with high strength and interfacial reliability through alloying, and the method for manufacturing the same}Cu / Al clad material with high strength and interfacial reliability through alloying, and the method for manufacturing the same}

본 발명은 합금화에 의해 강도와 계면신뢰성이 향상된 구리/알루미늄 클래드재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구성 소재에 합금원소를 첨가함으로써 미세구조 및 계면조직을 변화시켜 상호접합성, 전기적·기계적 신뢰성과 계면 신뢰성이 향상된 클래드재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a copper / aluminum cladding material which has improved strength and interfacial reliability by alloying. It relates to a clad material with improved reliability and a method of manufacturing the same.

클래드재(clad material)는 복합재료의 하나로 기계적, 전기적, 화학적 성질을 개선시키기 위한 목적으로 개발된 층상 복합재료이다. 클래드재에 사용되는 대표적인 모재(matrix)로는 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 스테인리스강(STS), 탄소강(carbon steel), 구리(Cu) 등이 있다. 클래드재는 이종금속을 조합함으로써 단일소재에서 얻을 수 없는 재료의 특성을 얻을 수 있고, 고가의 소재를 절약할 수 있기 때문에 경제적으로 큰 장점이 있다.Clad material is a layered composite material developed for the purpose of improving mechanical, electrical and chemical properties as one of composite materials. Typical matrixes used in cladding materials include aluminum (Al), titanium (Ti), stainless steel (STS), carbon steel, and copper (Cu). Clad material is economical because it can obtain the properties of the material that can not be obtained from a single material by combining different metals, and can save expensive materials.

예를 들어, 티타늄은 내식, 내후성이 대단히 우수한 금속이며, 기계적 성질도 좋다. 특히 재료의 비중과 강도의 비로 나타내는 비강도의 값이 뛰어나 다양한 구조재로 쓰인다. 하지만 가격이 고가이기 때문에 널리 이용되지 못하고 있다. 한편 스틸(steel)은 티타늄에 비해 비강도 특성이 떨어지지만 가격이 훨씬 저렴하고 우수한 기계적 특성을 가지고 있다. 이 두 재료로 클래드재를 제조하면 이들의 장점을 극대화시켜 우수한 내식성, 기계적 특성 및 비강도 특성을 얻을 수 있다.For example, titanium is a metal excellent in corrosion resistance and weather resistance, and also has good mechanical properties. In particular, it is used for various structural materials because it has a high specific strength value expressed as the ratio of specific gravity and strength of materials. However, due to the high price, it is not widely used. Steel, on the other hand, has lower specific strength than titanium, but is much cheaper and has excellent mechanical properties. The manufacture of cladding materials from these two materials maximizes their advantages and provides excellent corrosion resistance, mechanical properties and specific strength properties.

Cu와 Al을 조합하여 제조된 Cu/Al 클래드재는 Cu의 고전도도, Al의 경량성 및 경제성을 조합한 소재로 전기 케이블용 소재나 배전반의 부스바(bus bar)용 소재 등 다양한 분야에 응용되고 있다. Cu/Al 클래드재는 구리만을 사용한 경우에 비해 전기전도도(electrical conductivity)는 다소 떨어지지만, 무게를 50% 이하로 줄일 수 있으며, 가격도 35% 정도 저감시킬 수 있는 장점을 가지므로 고가의 Cu 소재를 대체하는 소재로 사용되고 있다.
Cu / Al clad material manufactured by combining Cu and Al is a combination of high conductivity of Cu, light weight and economical efficiency of Al. It is applied to various fields such as materials for electric cables or bus bars in switchboards. It is becoming. Although Cu / Al cladding material has a lower electrical conductivity than copper only, it can reduce the weight to 50% or less and reduce the price by 35%. It is used as a substitute material.

그러나 Cu/Al 클래드재는 강도가 Cu보다 낮아 신선 시에 문제가 될 뿐만 아니라 사용 시에도 기계적 신뢰성이 떨어진다. 또한 강도가 낮아 고강도 Cu합금을 대체하는 데는 미흡하다. 그리고 종래 Cu/Al 클래드재는 불가분의 불순물을 함유한 상용순도를 갖는 순수 구리 및 순수 알루미늄으로 제조되므로, 전기전도도 특성은 양호하나 강도가 낮아 고강도 및 고전도도 특성이 요구되는 제품 또는 분야로의 적용이 불가능하다. 또한 구리와 알루미늄의 화학적 반응특성이 높아 저항열에 의해 가열되거나 고온 환경에서 사용되는 경우 경계면에 취성이 강한 구리와 알루미늄으로 이루어진 금속간 화합물이 형성되어 전기전도도 및 기계적 특성의 신뢰성 및 사용 수명의 저하가 발생한다. However, Cu / Al cladding material has a lower strength than Cu, which is not only a problem in drawing, but also inferior in mechanical reliability in use. In addition, low strength is insufficient to replace the high strength Cu alloy. In addition, since the conventional Cu / Al cladding material is made of pure copper and pure aluminum having a commercial purity containing insoluble impurities, it is applied to a product or a field requiring high strength and high conductivity properties due to its good electrical conductivity but low strength. This is impossible. In addition, due to the high chemical reaction characteristics of copper and aluminum, intermetallic compounds made of copper and aluminum, which are brittle, are formed at the interface when heated by resistance heat or used in high temperature environments, thereby reducing the reliability of electrical conductivity and mechanical properties and reducing the service life. Occurs.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 순수 구리 및 순수 알루미늄의 강도를 높이거나 계면 반응상을 억제할 수 있는 합금원소를 첨가하여 종래 Cu/Al 클래드재의 단점인 낮은 강도, 계면 신뢰성 악화의 문제점을 해결할 수 있는 합금화된 구리 소재와 알루미늄 소재를 이용한 클래드재 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
The present invention has been devised in view of this point, and an object of the present invention is to add an alloy element capable of increasing the strength of pure copper and pure aluminum or suppressing an interfacial reaction phase, thereby lowering the strength of the conventional Cu / Al clad material. The present invention provides a cladding material using an alloyed copper material and an aluminum material and a method of manufacturing the same, which can solve the problem of deterioration of interfacial reliability.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 클래드재는, 구리 소재와 알루미늄 소재가 차례로 적층된 적층 구조를 가지며, 상기 구리 소재는 Cu기지에 Cr, Zr, Ag, Mg, Mn, Ti, Nb, Fe, Co로 이루어지는 합금원소 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 합금원소를 함유하고, 상기 알루미늄 소재는 Al기지에 Cr, Zr, Ag, Mg, Mn, Ti, Nb, Fe, Co, Si로 이루어지는 합금원소 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 합금원소를 함유한다.Clad material according to an aspect of the present invention for achieving the above object, has a laminated structure in which a copper material and an aluminum material is sequentially laminated, the copper material is Cr, Zr, Ag, Mg, Mn, Ti, Nb on a Cu base At least one alloy element selected from the group of alloy elements consisting of Fe, Co, and the aluminum material is an alloy composed of Cr, Zr, Ag, Mg, Mn, Ti, Nb, Fe, Co, Si on an Al base. It contains one or more alloying elements selected from the group of elements.

상기 Cu기지에 함유되는 상기 합금원소의 함유량은 Ag, Nb, Fe, Cr인 경우 0.01 ~ 10wt%이고, Zr, Mg, Mn, Ti, Co인 경우 0.01 ~ 5wt%이며,상기 Al기지에 함유되는 상기 합금원소의 함유량은 Ag, Nb, Fe, Cr인 경우 0.01 ~ 10wt%이고, Zr, Mg, Mn, Ti, Co, Si인 경우 0.01 ~ 5wt%인 것이 좋다.The content of the alloying element contained in the Cu base is 0.01 to 10wt% in the case of Ag, Nb, Fe, Cr, 0.01 to 5wt% in the case of Zr, Mg, Mn, Ti, Co, and is contained in the Al base The content of the alloy element is 0.01 to 10wt% for Ag, Nb, Fe, Cr, and 0.01 to 5wt% for Zr, Mg, Mn, Ti, Co, Si.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 클래드재는, 구리 소재와 알루미늄 소재가 차례로 적층된 적층 구조를 가지며, 상기 구리 소재는 Cu기지에 Cr, Zr, Ag, Mg, Mn, Ti, Nb, Fe, Co로 이루어지는 합금원소 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 합금원소를 함유하고, 상기 Cu 기지에 함유되는 상기 합금원소의 함유량은 Ag, Nb, Fe, Cr인 경우 0.01 ~ 10wt%이고, Zr, Mg, Mn, Ti, Co인 경우 0.01 ~ 5wt%이며, 상기 알루미늄 소재는 Al-0.01~5wt%Cu-0.01~5wt%Mg계 또는 Al-0.01~5wt%Mg-0.01~5wt%Si계 합금인 것을 특징으로 한다.Clad material according to another aspect of the present invention for achieving the above object, has a laminated structure in which a copper material and an aluminum material is sequentially laminated, the copper material is Cr, Zr, Ag, Mg, Mn, Ti, Nb on a Cu base Containing at least one alloy element selected from the group of alloy elements consisting of Fe, Co, and the content of the alloy element contained in the Cu matrix is 0.01 to 10 wt% in the case of Ag, Nb, Fe, Cr, Zr, Mg, Mn, Ti, Co is 0.01 ~ 5wt%, the aluminum material is Al-0.01-5wt% Cu-0.01-5wt% Mg-based or Al-0.01-5wt% Mg-0.01-5wt% Si-based alloy It is characterized by.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또다른 측면에 따른 클래드재는, 구리 소재와 알루미늄 소재가 차례로 적층된 적층 구조를 가지며, 상기 구리 소재와 상기 알루미늄 소재 중 어느 하나는 Cr, Zr, Ag, Mg, Mn, Ti, Nb, Fe, Co로 이루어지는 합금원소 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 합금원소를 함유하고, 나머지 다른 하나는 불가피한 불순물을 함유한 순금속으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.Clad material according to another aspect of the present invention for achieving the above object, has a laminated structure in which a copper material and an aluminum material is sequentially laminated, any one of the copper material and the aluminum material is Cr, Zr, Ag, Mg, It contains at least one alloying element selected from the group of alloying elements consisting of Mn, Ti, Nb, Fe, and Co, and the other is made of a pure metal containing inevitable impurities.

본 발명에 의한 클래드재는 상기 구리 소재와 상기 알루미늄 소재가 차례로 적층된 샌드위치 구조로 이루어질 수 있다.Clad material according to the present invention may be made of a sandwich structure in which the copper material and the aluminum material is sequentially stacked.

본 발명에 의한 클래드재는 상기 구리 소재와 상기 알루미늄 소재가 동심원상으로 차례로 적층된 봉 구조로 이루어질 수 있다.Clad material according to the present invention may be made of a rod structure in which the copper material and the aluminum material are sequentially stacked concentrically.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 클래드재의 제조방법은, (a) 구리 소재를 준비하는 단계, (b) 알루미늄 소재를 준비하는 단계, (c) 상기 구리 소재와 상기 알루미늄계 소재를 적층하는 단계, (d) 적층된 상기 구리 소재와 상기 알루미늄 소재를 접합하는 단계를 포함하고, 상기 구리 소재와 상기 알루미늄 소재 중 적어도 어느 하나는 Cr, Zr, Ag, Mg, Mn, Ti, Nb, Fe, Co, Si로 이루어지는 합금원소 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 합금원소를 함유하는 것을 특징으로 한다.Clad material manufacturing method according to the present invention for achieving the above object, (a) preparing a copper material, (b) preparing an aluminum material, (c) laminating the copper material and the aluminum-based material (D) bonding the laminated copper material and the aluminum material, wherein at least one of the copper material and the aluminum material is selected from the group consisting of Cr, Zr, Ag, Mg, Mn, Ti, Nb, Fe, It is characterized by containing at least one alloy element selected from the group of alloy elements consisting of Co and Si.

상기 합금원소는 상기 구리 소재에 함유되고, 상기 구리 소재에 함유되는 상기 합금원소의 함유량은 Ag, Nb, Fe, Cr인 경우 0.01 ~ 10wt%이고, Zr, Mg, Mn, Ti, Co인 경우 0.01 ~ 5wt%이며, 상기 알루미늄 소재는 Al-0.01~5wt%Cu-0.01~5wt%Mg계 또는 Al-0.01~5wt%Mg-0.01~5wt%Si계 합금인 것이 좋다.The alloying element is contained in the copper material, the content of the alloying element contained in the copper material is 0.01 to 10wt% in the case of Ag, Nb, Fe, Cr, 0.01 in the case of Zr, Mg, Mn, Ti, Co ~ 5wt%, the aluminum material is Al-0.01-5wt% Cu-0.01-5wt% Mg-based or Al-0.01-5wt% Mg-0.01-5wt% Si-based alloy is preferred.

본 발명에 의한 클래드재의 제조방법은 강도와 전기전도도 특성을 높이기 위해 상기 (d) 단계 이후, 상기 구리 소재와 상기 알루미늄 소재가 접합된 적층물을 50℃ ~ 600℃ 사이의 온도 범위에서 시효 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method of manufacturing a cladding material according to the present invention includes the step of aging treatment of the laminate in which the copper material and the aluminum material are bonded at a temperature range of 50 ° C. to 600 ° C. after the step (d) in order to increase the strength and the conductivity characteristics. It may further comprise a step.

본 발명에 의한 클래드재의 제조방법은, 상기 (c) 단계 이전에, 상기 구리 소재를 700℃ ~ 1060℃ 사이의 온도 범위에서 용체화 처리하는 단계, 용체화 처리된 상기 구리 소재를 100℃ ~ 600℃ 사이의 온도 범위에서 시효 처리하는 단계, 상기 알루미늄 소재를 400℃ ~ 650℃ 사이의 온도 범위에서 용체화 처리하는 단계, 용체화 처리된 상기 알루미늄 소재를 50℃ ~ 400℃ 사이의 온도 범위에서시효 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.Method for producing a cladding material according to the present invention, before the step (c), the step of solution treatment of the copper material in the temperature range of 700 ℃ to 1060 ℃, 100 ℃ ~ 600 of the solution treated copper material Aging in a temperature range between < RTI ID = 0.0 > C, < / RTI > solving the aluminum material in a temperature range between 400 ° C and 650 ° C, and aging the solutionized aluminum material in a temperature range between 50 ° C and 400 ° C. It may further comprise the step of processing.

본 발명에 의한 클래드재의 제조방법은, 상기 (c) 단계 이전에, 상기 구리 소재를 700℃ ~ 1060℃ 사이의 온도 범위에서 용체화 처리하는 단계, 상기 알루미늄 소재를 400℃ ~ 650℃ 사이의 온도 범위에서 용체화 처리하는 단계, 상기 (d) 단계 이후, 상기 구리 소재와 상기 알루미늄 소재가 접합된 적층물을 50℃ ~ 600℃ 사이의 온도 범위에서 시효 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
Method for producing a cladding material according to the present invention, before the step (c), the step of solution treatment of the copper material in the temperature range of 700 ℃ to 1060 ℃, the temperature of the aluminum material 400 ℃ ~ 650 ℃ The solution treatment step in the range, after the step (d), the copper material and the aluminum material may further comprise the step of aging treatment in the temperature range of 50 ℃ to 600 ℃ bonded laminate.

본 발명에 의한 클래드재는 구리 소재 및/또는 알루미늄 소재에 전기전도도를 크게 저하시키지 않으면서 강도를 증진시키고 구리와 알루미늄의 반응상을 억제시키는 합금원소를 첨가함으로써, 종래의 Cu/Al 클래드재에 비해 강도와 전기적 특성이 우수하며, 계면 신뢰성이 향상된다.Clad material according to the present invention compared to the conventional Cu / Al clad material by adding an alloying element to enhance the strength and suppress the reaction phase of copper and aluminum without significantly lowering the electrical conductivity to the copper material and / or aluminum material Excellent strength and electrical properties, and improved interface reliability.

또한 본 발명에 의한 클래드재는 계면 반응성의 형성이 억제되어 종래 Cu/Al 클래드재에 비해 반응상이 훨씬 적게 나타나고, 이로 인해 종래 Cu/Al 클래드재에 비해 가공성과 사용 수명이 향상된다.
In addition, the cladding material according to the present invention is suppressed the formation of interfacial reactivity, the reaction phase appears much less than the conventional Cu / Al cladding material, thereby improving workability and service life compared to the conventional Cu / Al cladding material.

도 1은 샌드위치 구조를 갖는 본 발명에 의한 클래드재를 나타낸 것이다.
도 2는 봉 구조를 갖는 본 발명에 의한 클래드재를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 Cu-Zr-Nb/Al-Zr-Nb 클래드재의 접합면을 나타낸 사진이다.
도 4는 종래 Cu/Al 클래드재의 접합면을 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 Cu계 합금/Al계 합금 클래드재의 Strain-Stress 그래프이다.
1 shows a cladding material according to the present invention having a sandwich structure.
Figure 2 shows a cladding material according to the present invention having a rod structure.
3 is a photograph showing a bonding surface of a Cu-Zr-Nb / Al-Zr-Nb cladding material according to an embodiment of the present invention.
4 is a photograph showing a bonding surface of a conventional Cu / Al cladding material.
5 is a strain-stress graph of the Cu-based alloy / Al-based alloy cladding material according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 구리 소재와 알루미늄 소재를 이용한 클래드재 및 그 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a clad material and a manufacturing method using a copper material and an aluminum material according to the present invention will be described in detail.

본 발명을 설명함에 있어서, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되거나 단순화되어 나타날 수 있다. 또한 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.In describing the present invention, the sizes and shapes of the components shown in the drawings may be exaggerated or simplified for clarity and convenience of explanation. In addition, terms that are specifically defined in consideration of the configuration and operation of the present invention may vary depending on the intention or custom of the user or operator. These terms are to be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the contents throughout the present specification.

본 발명은 구리 소재와 알루미늄 소재가 차례로 적층된 클래드재에 관한 것으로, 합금원소의 첨가와 열처리를 통해 순수 구리 및 순수 알루미늄으로 제조되는 종래 Cu/Al 클래드재의 단점을 극복할 수 있는 특징을 갖는다. 즉 순수 구리 및 순수 알루미늄으로 제조되는 종래 Cu/Al 클래드재는 강도가 낮고, 구리와 알루미늄의 화학적 반응특성이 높아 저항열에 의해 가열되거나, 고온 환경에서 사용되는 경우 경계면에 취성이 강한 금속간 화합물이 형성되어 전기전도도 및 기계적 특성이 저하될 수 있는데, 본 발명은 구리 소재 및/또는 알루미늄 소재에 전기전도도와 강도를 높여주고 반응상 억제에 기여하는 합금원소를 첨가하고, 이들의 접합 전후에 열처리를 수행함으로써, 우수한 전기전도도 및 기계적 특성을 얻을 수 있다. The present invention relates to a clad material in which a copper material and an aluminum material are sequentially stacked, and have the feature of overcoming the disadvantages of the conventional Cu / Al clad material made of pure copper and pure aluminum through the addition of alloying elements and heat treatment. That is, conventional Cu / Al cladding materials made of pure copper and pure aluminum have low strength, high chemical reaction characteristics of copper and aluminum, and are heated by resistance heat, or when used in a high temperature environment, brittle intermetallic compounds are formed at the interface. The electrical conductivity and mechanical properties can be lowered, the present invention is added to the copper material and / or aluminum material to increase the electrical conductivity and strength, and to contribute to the reaction phase suppression, and to perform heat treatment before and after their joining By doing so, excellent electrical conductivity and mechanical properties can be obtained.

본 발명에 의한 클래드재는 기본적으로 구리 소재와 알루미늄 소재가 차례로 적층된 Cu/Al의 구조를 갖는다. 구리 소재는 순수한 Cu기지에 Cr, Zr, Mn, Mg, Ag, Ti, Nb, Co로 이루어지는 합금원소 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 합금원소가 함유된 구리계 합금이 이용될 수 있다. 구리 소재에 함유되는 합금원소는 전기전도도를 크게 감소시키지 않으면서 강도를 크게 증가시키고, 계면에서의 Cu와 Al간 화합물 형성을 억제하여 계면 신뢰성을 높여주며, 가공성과 사용 수명을 향상시켜준다.The cladding material according to the present invention basically has a structure of Cu / Al in which a copper material and an aluminum material are sequentially laminated. The copper material may be a copper-based alloy containing at least one alloying element selected from the group of alloying elements consisting of Cr, Zr, Mn, Mg, Ag, Ti, Nb, and Co on a pure Cu base. The alloying elements contained in the copper material greatly increase the strength without significantly reducing the electrical conductivity, suppress the formation of Cu and Al compounds at the interface, thereby improving the interface reliability, and improve the workability and service life.

Cu기지에 함유되는 합금원소의 함유량은 Ag, Nb, Fe, Cr인 경우 0.01 ~ 10wt%이고, Zr, Mg, Mn, Ti, Co인 경우 0.01 ~ 5wt%인 것이 좋다. Cu기지에 함유되는 합금원소의 함유량이 0.01wt% 미만이면, 강도 증진 및 계면반응 억제 효과가 작아 기계적 특성의 신뢰성이 낮아지게 된다. 또한 Cu기지에 함유되는 Ag, Nb, Fe, Cr의 함유량이 10wt%를 초과하거나, Zr, Mg, Mn, Ti, Co의 함유량이 5wt%를 초과하면 전기저항 및 합금원소로 구성된 반응물을 증가시켜 전기적 특성의 신뢰성을 감소시키게 된다.The content of the alloying element contained in the Cu base is 0.01 to 10 wt% for Ag, Nb, Fe, Cr, and 0.01 to 5 wt% for Zr, Mg, Mn, Ti, and Co. When the content of the alloying element contained in the Cu base is less than 0.01wt%, the effect of enhancing the strength and suppressing the interfacial reaction is small and the reliability of the mechanical properties is lowered. In addition, if the content of Ag, Nb, Fe, Cr in the Cu base exceeds 10wt% or the content of Zr, Mg, Mn, Ti, Co exceeds 5wt%, the reactants composed of electrical resistance and alloying elements are increased. This reduces the reliability of the electrical properties.

알루미늄 소재는 순수한 Al기지에 Cr, Zr, Mn, Mg, Ag, Ti, Nb, Co로 이루어지는 합금원소 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 합금원소가 함유된 알루미늄계 합금이 이용될 수 있다. 구리 소재와 마찬가지로 알루미늄 소재에 함유되는 합금원소는 전기전도도를 크게 감소시키지 않으면서 강도를 크게 증가시키고, 계면에서의 Cu와 Al간 화합물 형성을 억제하여 계면 신뢰성을 높여주며, 가공성과 사용 수명을 향상시켜준다.As the aluminum material, an aluminum-based alloy containing one or more alloying elements selected from the group of alloying elements consisting of Cr, Zr, Mn, Mg, Ag, Ti, Nb, and Co in pure Al base may be used. Like copper materials, alloying elements contained in aluminum materials significantly increase strength without significantly reducing electrical conductivity, inhibit compound formation between Cu and Al at the interface, and improve interfacial reliability, and improve workability and service life. Let it be.

Al기지에 함유되는 합금원소의 함유량은 Ag, Nb, Fe, Cr인 경우 0.01 ~ 10wt%이고, Zr, Mg, Mn, Ti, Co인 경우 0.01 ~ 5wt%인 것이 좋다. Al기지에 함유되는 합금원소의 함유량이 0.01wt% 미만이면, 강도 증진 및 계면반응 억제 효과가 작아 기계적 특성의 신뢰성이 낮아지게 된다. 또한 Al기지에 함유되는 Ag, Nb, Fe, Cr의 함유량이 10wt%를 초과하거나, Zr, Mg, Mn, Ti, Co의 함유량이 5wt%를 초과하면 전기저항 및 합금원소로 구성된 반응물을 증가시켜 전기적 특성의 신뢰성을 감소시키게 된다.The content of the alloying element contained in the Al base is 0.01 to 10 wt% for Ag, Nb, Fe, Cr, and 0.01 to 5 wt% for Zr, Mg, Mn, Ti, and Co. If the content of the alloying element contained in the Al base is less than 0.01wt%, the effect of enhancing the strength and suppressing the interfacial reaction is small and the reliability of the mechanical properties is lowered. In addition, if the content of Ag, Nb, Fe, Cr in the Al base exceeds 10wt%, or the content of Zr, Mg, Mn, Ti, Co exceeds 5wt%, the reactants composed of electrical resistance and alloying elements are increased. This reduces the reliability of the electrical properties.

본 발명에 의한 클래드재는 구리 소재와 알루미늄 소재가 모두 상술한 합금원소를 함유하는 구리계 합금 또는 알루미늄계 합금일 수도 있고, 구리 소재와 알루미늄 소재 중 어느 하나만 합금원소를 함유하는 합금이고 나머지 다른 하나는 불가피한 불순물을 함유한 순금속일 수 있다. 즉 구리 소재로 Cr, Zr, Ag, Mg, Mn, Ti, Nb, Fe, Co로 이루어지는 합금원소 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 합금원소를 함유하는 구리계 합금이 이용되는 경우, 알루미늄 소재로는 순수 알루미늄이 이용될 수 있다. 그리고 알루미늄 소재로 Cr, Zr, Ag, Mg, Mn, Ti, Nb, Fe, Co로 이루어지는 합금원소 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 합금원소를 함유하는 알루미늄계 합금이 이용되는 경우, 구리 소재로는 순수 구리가 이용될 수 있다.The clad material according to the present invention may be a copper-based alloy or an aluminum-based alloy containing both the above-described alloying elements of the copper material and the aluminum material, and only one of the copper material and the aluminum material contains the alloying element and the other is It may be a pure metal containing unavoidable impurities. That is, when a copper-based alloy containing at least one alloy element selected from the group of alloy elements consisting of Cr, Zr, Ag, Mg, Mn, Ti, Nb, Fe, Co is used as the copper material, Aluminum can be used. When an aluminum-based alloy containing at least one alloy element selected from the group of alloy elements consisting of Cr, Zr, Ag, Mg, Mn, Ti, Nb, Fe, and Co is used as the aluminum material, the copper material is pure Copper may be used.

구리 소재로 합금원소를 함유하는 구리계 합금이 이용되는 경우, 알루미늄 소재로는 전기전도도가 비교적 우수한 Al-0.01~5wt%Cu-0.01~5wt%Mg계 또는 Al-0.01~5wt%Mg-0.01~5wt%Si계 합금이 이용될 수도 있다. 이 경우, 구리 소재에 함유되는 합금원소의 함유량은 Ag, Nb, Fe, Cr인 경우 0.01 ~ 10wt%이고, Zr, Mg, Mn, Ti, Co인 경우 0.01 ~ 5wt%인 것이 좋다.When a copper-based alloy containing an alloying element is used as the copper material, Al-0.01 to 5wt% Cu-0.01 to 5wt% Mg type or Al-0.01 to 5wt% Mg-0.01 ~ which is relatively excellent in electrical conductivity as an aluminum material 5 wt% Si-based alloys may be used. In this case, the content of the alloying elements contained in the copper material is 0.01 to 10 wt% for Ag, Nb, Fe, Cr, and 0.01 to 5 wt% for Zr, Mg, Mn, Ti, and Co.

본 발명에 의한 클래드재는 평평한 구리 소재와 평평한 알루미늄 소재가 차례로 적층된 샌드위치 구조로 이루어질 수도 있고, 서로 다른 직경의 봉형으로 이루어진 구리 소재와 알루미늄 소재가 동심원상으로 차례로 적층된 봉 구조로 이루어질 수도 있다.The cladding material according to the present invention may be made of a sandwich structure in which a flat copper material and a flat aluminum material are sequentially stacked, or may be made of a rod structure in which copper materials and aluminum materials, which are made of rods having different diameters, are sequentially stacked concentrically.

도 1은 샌드위치 구조를 갖는 클래드재의 일예를 나타낸 것으로, 도 1에 도시된 클래드재는 하나의 구리계 합금(10)과 하나의 알루미늄계 합금(20)이 차례로 적층된 Cu/Al의 2층 구조를 갖는다. 물론 본 발명에 의한 클래드재는 Cu/Al/Cu 또는 Al/Cu/Al의 3층 구조, Al/Cu/Al/Cu/Al 또는 Cu/Al/Cu/Al/Cu의 5층 구조 등 다양한 형태의 샌드위치 구조로 확장될 수 있다.1 shows an example of a cladding material having a sandwich structure, and the cladding material shown in FIG. 1 has a two-layer structure of Cu / Al in which one copper alloy 10 and one aluminum alloy 20 are sequentially stacked. Have Of course, the cladding material according to the present invention may have various forms such as a three-layer structure of Cu / Al / Cu or Al / Cu / Al, or a five-layer structure of Al / Cu / Al / Cu / Al or Cu / Al / Cu / Al / Cu. It can be extended to a sandwich structure.

도 2는 봉 구조를 갖는 클래드재의 일예를 나타낸 것으로, 도 2에 도시된 클래드재는 봉형의 구리계 합금(10)을 이보다 직경이 큰 봉형의 알루미늄계 합금(20)이 감싸는 2중 봉형 구조를 갖는다. 물론 본 발명에 의한 클래드재는 봉형의 알루미늄계 합금을 봉형의 구리계 합금이 감싸는 2중 봉형 구조, Cu/Al/Cu나 Al/Cu/Al의 3중 봉형 구조 등 복수의 구리 소재와 복수의 알루미늄 소재가 동심원상으로 차례로 적층된 다중 봉형 구조로 확장될 수 있다.2 shows an example of a cladding material having a rod structure, and the cladding material shown in FIG. 2 has a double rod structure in which a rod-shaped copper alloy 10 is surrounded by a rod-shaped aluminum alloy 20 having a larger diameter. . Of course, the cladding material according to the present invention includes a plurality of copper materials and a plurality of aluminum materials, such as a double rod structure in which a rod-type aluminum alloy is wrapped in a rod-type copper alloy, and a triple rod structure of Cu / Al / Cu or Al / Cu / Al. The material can be extended to multiple rod-like structures that are sequentially stacked concentrically.

이하에서는 본 발명에 의한 클래드재의 제조방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, the manufacturing method of the cladding material by this invention is demonstrated.

먼저, 구리 소재와 알루미늄 소재를 준비한다. 여기에서 구리 소재와 알루미늄 소재 중 적어도 어느 하나는 상술한 것과 같이 Cr, Zr, Ag, Mg, Mn, Ti, Nb, Fe, Co 등 강도를 증가시키고 Cu와 Al간 화합물 형성을 억제할 수 있는 합금원소를 1종 이상 함유한 구리계 합금 또는 알루미늄계 합금이다. 샌드위치 구조의 클래드재를 제조하는 경우 구리 소재와 알루미늄 소재는 판형 등 단면이 4각형인 것을 준비하고, 봉형 구조의 클래드재를 제조하는 경우 구리 소재와 알루미늄 소재는 봉형 또는 원통형인 것을 준비한다.First, a copper material and an aluminum material are prepared. Herein, at least one of the copper material and the aluminum material is an alloy capable of increasing the strength of Cr, Zr, Ag, Mg, Mn, Ti, Nb, Fe, Co and the like, and suppressing the compound formation between Cu and Al, as described above. It is a copper alloy or aluminum alloy containing 1 or more types of elements. When manufacturing the clad material of the sandwich structure, the copper material and the aluminum material is prepared in the form of a square, such as a plate-shaped cross-section, and in the case of manufacturing the clad material of the rod structure, the copper material and aluminum material is prepared to be rod or cylindrical.

구리 소재가 합금원소를 함유한 구리계 합금인 경우, 구리 소재를 설정된 모양대로 가공하기 전이나, 가공 후, 또는 가공 중에 용체화 처리한 후 냉각시킬 수 있다. 용체화 처리는 소재 내부에 미세하고 균일한 분포의 2차 상 입자들을 기지 내에 모두 용해시키는 열처리 방법으로, 구리계 합금의 용체화 처리는 700℃~10600℃ 사이의 온도 범위에서 이루어진다. 그리고 용체화 처리된 구리계 합금은 100℃~600℃의 온도에서 시효 처리를 한다. 용체화 처리를 통하여 Cu기지를 제외한 나머지 합금원소는 Cu기지에 고용되었다가, 용체화 처리 이후에 이루어지는 시효 처리에 의해 석출됨으로써 구리계 합금의 기계적 성질 등이 개선될 수 있다.In the case where the copper material is a copper alloy containing an alloying element, the copper material can be cooled after the solution is subjected to a solution treatment before, after, or during processing. The solution treatment is a heat treatment method in which all secondary phase particles having a uniform and uniform distribution in a material are dissolved in a matrix. The solution treatment of a copper alloy is performed at a temperature range of 700 ° C to 10600 ° C. And the solution-ized copper alloy is aged at a temperature of 100 ℃ ~ 600 ℃. The remaining alloying elements except the Cu base through the solution treatment may be dissolved in the Cu base and then precipitated by the aging treatment performed after the solution treatment, thereby improving the mechanical properties of the copper-based alloy.

구리계 합금의 용체화 처리시 온도가 700℃ 미만일 경우에는 2차 상의 입자들이 모두 용해가 되지 못하여 용체화 처리 효과가 크게 떨어질 수 있고, 용체화 처리 온도가 1060℃를 초과하면 일부 편석된 부분이 용융될 우려가 있어 바람직하지 않다.If the temperature is less than 700 ℃ during the solution treatment of the copper alloy, the secondary phase particles may not be all dissolved, so the effect of solution treatment may be greatly reduced. If the solution treatment temperature exceeds 1060 ℃, some segregated parts It is not preferable because it may be melted.

시효 처리 온도가 100℃ 미만일 경우에는 Cu기지에 용해된 합금원소가 석출 되지 않거나 석출속도가 늦어 시효처리 효과가 나타나지 않으며 시효 처리 온도가 600℃를 초과할 경우에는 Cu기지에 용해된 합금원소가 석출 되는 과정에서 석출상의 조대화로 인한 시효강화 효과가 나타나지 않는다.If the aging treatment temperature is less than 100 ℃, the alloying element dissolved in the Cu base is not precipitated or the precipitation rate is slow. The aging treatment effect is not shown. If the aging treatment temperature exceeds 600 ℃, the alloying element dissolved in the Cu base precipitates. In the process of aging, the aging reinforcement effect due to coarsening of precipitation does not appear.

한편, 알루미늄 소재가 합금원소를 함유한 알루미늄 합금인 경우, 알루미늄 소재를 설정된 모양대로 가공하기 전이나, 가공 후, 또는 가공 중에 용체화 처리한 후 냉각시킬 수 있다. 알루미늄계 합금의 용체화 처리는 400℃ ~ 650℃ 사이의 온도 범위에서 이루어진다. 그리고 용체화 처리된 알루미늄계 합금은 50℃ ~ 400℃의 온도에서 시효 처리를 한다. 용체화 처리를 통하여 Al기지를 제외한 나머지 합금원소는 Al기지에 고용되었다가 용체화 처리 이후에 이루어지는 시효 처리에 의해 석출됨으로써 알루미늄계 합금의 기계적 성질 등이 개선될 수 있다.On the other hand, when the aluminum material is an aluminum alloy containing an alloying element, the aluminum material can be cooled after the solution is subjected to solution treatment before, after the processing, or during the processing. The solution treatment of the aluminum-based alloy is carried out in a temperature range between 400 ° C and 650 ° C. And the solution-ized aluminum alloy is aged at a temperature of 50 ℃ to 400 ℃. The remaining alloying elements except Al base through the solution treatment may be dissolved in Al base and then precipitated by aging after the solution treatment, thereby improving mechanical properties of the aluminum alloy.

알루미늄계 합금의 용체화 처리시 온도가 400℃ 미만일 경우에는 2차 상의 입자들이 모두 용해가 되지 못하여 용체화 처리 효과가 크게 떨어질 수 있고, 용체화 처리 온도가 650℃를 초과하면 일부 편석된 부분이 용융될 우려가 있어 바람직하지 않다.If the temperature is less than 400 ℃ during the solution treatment of the aluminum alloy, the secondary phase particles are not all dissolved, so the effect of solution treatment may be greatly degraded, and if the solution treatment temperature exceeds 650 ℃, some segregated parts It is not preferable because it may be melted.

시효 처리 온도가 50℃ 미만일 경우에는 Al기지에 용해된 합금원소가 석출 되지 않거나 석출속도가 늦어 시효처리 효과가 나타나지 않으며 시효 처리 온도가 400℃를 초과할 경우에는 Al기지에 용해된 합금원소가 석출 되는 과정에서 석출상의 조대화로 인한 시효강화 효과가 나타나지 않는다.If the aging treatment temperature is less than 50 ℃, the alloying element dissolved in the Al base is not precipitated or the precipitation rate is slow. The aging treatment effect is not shown. If the aging treatment temperature exceeds 400 ℃, the alloying element dissolved in the Al base is precipitated. In the process of aging, the aging reinforcement effect due to coarsening of precipitation does not appear.

구리계 합금이나 알루미늄계 합금에 대한 시효 처리는 상술한 것과 같은 합금 준비 단계에서 이루어지지 않고, 구리 소재와 알루미늄 소재를 차례로 적층한 후에 이루어질 수도 있다. 즉 구리 소재와 알루미늄 소재를 차례로 적층한 후, 이 적층물을 50℃ ~ 600℃ 사이의 온도 범위에서 시효 처리함으로써 구리계 합금이나 알루미늄계 합금의 기계적 성질 등을 개선할 수 있다.The aging treatment for the copper-based alloy or the aluminum-based alloy is not performed in the alloy preparation step as described above, but may be performed after the copper material and the aluminum material are sequentially laminated. That is, after laminating a copper material and an aluminum material in sequence, the laminate may be aged in a temperature range of 50 ° C. to 600 ° C. to improve the mechanical properties of the copper alloy or the aluminum alloy.

계속해서, 구리 소재와 알루미늄 소재를 적층하고 난 후 이 적층물을 접합한다. 구리 소재와 알루미늄 소재의 적층물을 접합시키는 방법은 공지된 다양한 방법이 이용될 수 있다. 즉 적층물은 저항심용접법, 압연접합법, 압출접합법, 인발접합법, 폭발접합법, 레이저용접법, 고압비틀림접합법(high pressure torsioning;HPT), 마찰용접법, 확산접합법 등을 통해 접합될 수 있다.Subsequently, after laminating | stacking a copper raw material and an aluminum raw material, this laminated body is joined. As a method of bonding a laminate of a copper material and an aluminum material, various known methods may be used. That is, the laminate may be joined by resistance core welding, rolling welding, extrusion bonding, drawing welding, explosion bonding, laser welding, high pressure torsioning (HPT), friction welding, diffusion bonding, or the like.

저항심용접법을 이용하는 경우, 적층물에 압력을 가한 상태에서 큰 전류를 흘려준다. 이때 구리 소재와 알루미늄 소재 사이의 접촉면에서 생기는 접촉저항과 구리 소재와 알루미늄 소재 각각의 고유저항에 의해 열이 발생하고, 발생된 열로 인해 구리 소재와 알루미늄 소재가 용융되면서 가해진 압력에 의하여 접합이 이루어진다.In the case of using the resistance seam welding method, a large current is allowed to flow while the laminate is pressurized. At this time, heat is generated by the contact resistance generated at the contact surface between the copper material and the aluminum material and the resistivity of each of the copper material and the aluminum material, and the bonding is performed by the pressure applied while the copper material and the aluminum material are melted due to the generated heat.

압연접합법이나 압출접합범을 이용하는 경우, 금속의 소성(塑性)을 이용해서 고온 또는 상온의 구리 소재와 알루미늄 소재를 회전하는 2개의 롤 사이나 압출다이로 통과시켜서 판(板)·봉(棒)·관(管)·형재(形材) 등으로 여러 가지 형태로 가공할 수 있다.In the case of using a rolled joining method or an extrusion joint, a sheet or rod is formed by passing a high temperature or room temperature copper material and an aluminum material between two rotating rolls or through an extrusion die by using metal firing. It can be processed into various forms with pipes, molds, etc.

폭발접합법을 이용하는 경우, 구리 소재와 알루미늄 소재를 소량의 화약을 사용해서 접합하게 된다. 폭발접합법은 이종재료의 용접, 고융점 재료, 클래드 용접 및 다층 용접 등에 쓰인다. 폭발접합에 의해 제조되는 합금은 기계적으로 강고한 접합면을 보이며 접합면에 인접한 곳에서 열영향을 거의 받지 않으며 열처리재나 가공경화재에서도 모재의 강도가 저하되는 일이 없다.In the case of using an explosion bonding method, a copper material and an aluminum material are joined using a small amount of gunpowder. Explosion bonding is used for welding of different materials, high melting point materials, clad welding, and multi-layer welding. Alloys produced by explosive bonding show a mechanically strong joint surface, are hardly affected by heat in the vicinity of the joint surface, and do not degrade the strength of the base metal even in heat-treated or hardened materials.

레이저용접법을 이용하는 경우, 레이저빔을 집광하여 에너지 밀도를 높여 구리 소재와 알루미늄 소재를 용융하면서 용접하게 된다. 레이저용접법은 에너지의 밀도가 높아 재료에 주는 열 영향이 작아서 변형이 적고, 정밀한 용접이 가능한 접합 방법이다.In the case of using the laser welding method, the laser beam is focused to increase energy density, thereby welding while melting the copper material and the aluminum material. Laser welding is a bonding method that has a high density of energy and has little heat effect on the material, so that there is little deformation and precise welding is possible.

고압비틀림접합법을 이용하는 경우, 구리 소재와 알루미늄 소재를 높은 압력을 주면서 회전시킴으로써 높은 소성 가공도와 압력으로 구리 소재와 알루미늄 소재를 접합하게 된다. 고압비틀림접합법을 이용하면 높은 소성가공도로 인해 접합된 피접합체의 강도를 증가시킬 수 있고, 상온에서도 접합이 가능하다.In the case of using the high pressure torsion bonding method, the copper material and the aluminum material are rotated with high pressure, thereby joining the copper material and the aluminum material with high plasticity and pressure. The high-pressure torsion bonding method can increase the strength of the bonded body to be joined due to high plastic working, and can be bonded even at room temperature.

마찰용접법을 이용하는 경우, 구리 소재와 알루미늄 소재의 접합면에 압력을 건 상태로 서로 상대적인 회전을 준다. 이때, 마찰 발열에 의해 접합부가 적당한 고온으로 되었을 때 가압력을 증가함으로써 구리 소재와 알루미늄 소재를 접합하게 된다.In the case of using friction welding, relative rotation is given to each other under pressure on the joint surface of the copper material and the aluminum material. At this time, when the joining portion is brought to a suitable high temperature by frictional heating, the pressing force is increased to join the copper material and the aluminum material.

확산용접법을 이용하는경우, 적층물에 압력을 가한 상태로 열처리를 해서 구리 소재와 알루미늄 소재를 확산에 의해 접합시키게 된다. 확산접합법은 피용접물을 마찰 용접처럼 맞대어서 압력을 가해 고정을 하고, 용융점에서 0.3Tm(Tm:용융온도)의 온도로 가열을 하는데, 이때 시간은 5분에서 24시간까지 다양하며 부피가 큰 부품보다는 작은 부품을 접합부의 변형없이 용접하는데 용이하다.In the case of using the diffusion welding method, the laminate is heat-treated under pressure to bond the copper material and the aluminum material by diffusion. In the diffusion bonding method, the workpieces are pressed against each other like friction welding, fixed by applying pressure, and heated at a temperature of 0.3 Tm (Tm: melting temperature) at the melting point, the time varying from 5 minutes to 24 hours, It is easy to weld small parts without deforming the joints.

구리 소재와 알루미늄 소재의 적층물을 접합시킬 때, 구리 소재 및/또는 알루미늄 소재에 함유된 합금원소는 계면에서의 Cu와 Al간의 반응을 제어하여 Cu와 Al으로 이루어진 금속간화합물 형성을 감소시킴으로써, 계면 신뢰성 및 고온 신뢰성의 특성을 부여할 수 있다.
When bonding the laminate of copper material and aluminum material, the alloying elements contained in the copper material and / or aluminum material control the reaction between Cu and Al at the interface to reduce the formation of intermetallic compounds composed of Cu and Al, The characteristics of interfacial reliability and high temperature reliability can be imparted.

실시예 : 강도와 계면신뢰성이 향상된 구리/알루미늄 클래드재의 제조Example: Preparation of Copper / Aluminium Clad Material with Improved Strength and Interfacial Reliability

하기의 표 1에 나타낸 것과 같은 다양한 구조 및 조성의 구리/알루미늄 클래드재를 제조하였다. Cu계 합금, Al계 합금 각각의 두께는 6mm로 하였으며, Cu계 합금은 950℃에서 용체화 처리 후, 400℃에서 시효처리를 하였고, Al계 합금은 500℃에서 용체화 처리 후, 250℃에서 시효처리를 하였으며, 각 합금은 압연접합방법으로 접합하였다.Copper / aluminum clad materials of various structures and compositions were prepared as shown in Table 1 below. The Cu and Al alloys each had a thickness of 6 mm, and the Cu alloy was annealed at 950 ° C. and aged at 400 ° C., and the Al alloy was melted at 500 ° C. and then at 250 ° C. Aging treatment was performed, and each alloy was joined by a roll bonding method.

상기의 과정에 의하여 제조된 다양한 구조 및 조성의 클래드재의 '전기전도도', '강도', '(전도도x강도)/비중' 특성을 표 1에 나타내었다.
Table 1 shows the characteristics of 'electric conductivity', 'strength', '(conductivity x strength) / specific gravity' of clad materials of various structures and compositions prepared by the above process.

비교예Comparative Example

불가피한 불순물을 제외한 순수한 Cu와 Al을 이용하여 제조한 클래드재를 비교예로 선정하였다. 클래드재의 제조는 상기 실시예와 동일한 과정에 의하였으며, 제조된 클래드제의 '전기전도도', '강도', '(전도도x강도)/비중' 특성을 표 1에 나타내었다.
A clad material manufactured using pure Cu and Al except for unavoidable impurities was selected as a comparative example. The cladding material was manufactured according to the same process as in the above example, and the characteristics of 'electric conductivity', 'strength', and '(conductivity x strength) / weight' of the prepared cladding agent are shown in Table 1.

Figure 112012000661516-pat00001
Figure 112012000661516-pat00001

(IACS(International Annealed Copper Standard)는 "국제 어닐링된 구리의 표준"이며, 순수한 구리의 전기 전도도를 20℃에서 100% IACS로 하여 나타낸 전기전도도의 단위이며, 강도는 ASTM E8-00, 비중은 ASTM D792를 기준으로 하였다)
(IACS (International Annealed Copper Standard) is a "standard of international annealed copper" and is a unit of electrical conductivity expressed as 100% IACS of pure copper at 20 ° C. Strength is ASTM E8-00, specific gravity is ASTM Based on D792)

싱기 표 1의 결과에서 확인할 수 있듯이 본 발명의 실시예에 의한 클래드재가 종래의 클래드재에 비해 높은 전기전도도와 높은 강도를 갖으며, 특히 '(전도도x강도)/비중'의 특성이 종래의 클래드재 보다 월등히 우수함을 확인할 수 있었다.As can be seen from the results of Table 1, the cladding material according to the embodiment of the present invention has a higher electrical conductivity and higher strength than the conventional cladding material, and in particular, the characteristic of (conductivity x strength) / specific gravity is conventional cladding. It was confirmed that it is much better than ash.

또한 본 발명의 실시예에 의한 클래드재는 종래 클래드재에 비하여 구리 소재와 알루미늄 소재 사이의 계면에서 계면 반응성의 형성이 억제된다. 도 3은 본 발명의 실시예 8에 의한 Cu-Zr-Nb/Al-Zr-Nb 클래드재의 접합면을 나타낸 사진이고, 도 4는 비교예에 의한 종래 Cu/Al 클래드재의 접합면을 나타낸 사진이다. 이들 사진을 비교해 보면 본 발명의 실시예에 의한 Cu계 합금/Al계 합금 클래드재는 종래의 Cu/Al 클래드재에 비해 계면 반응성의 형성이 억제되어 반응상이 훨씬 적게 나타남을 확인할 수 있다.In addition, in the cladding material according to the embodiment of the present invention, formation of interfacial reactivity at the interface between the copper material and the aluminum material is suppressed as compared with the conventional cladding material. Figure 3 is a photograph showing the bonding surface of the Cu-Zr-Nb / Al-Zr-Nb cladding material according to Example 8 of the present invention, Figure 4 is a photograph showing the bonding surface of the conventional Cu / Al cladding material according to a comparative example. . Comparing these photographs, it can be seen that the Cu-based alloy / Al-based alloy cladding material according to the embodiment of the present invention exhibits much less reaction phase because the formation of interfacial reactivity is suppressed than that of the conventional Cu / Al cladding material.

또한 본 발명의 실시예에 의한 클래드재는 도 5에 나타낸 그래프와 같이, 종래 클래드재에 비하여 기계적·전기적 특성이 우수함을 확인할 수 있고, 이로 인해 종래에 비해 사용 수명의 향상을 예상할 수 있다.In addition, the clad material according to the embodiment of the present invention, as shown in the graph shown in Figure 5, it can be confirmed that the mechanical and electrical properties are superior to the conventional clad material, and thus can be expected to improve the service life compared to the conventional.

앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기지된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 개량 및 변경은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
The embodiments of the present invention described above and shown in the drawings should not be construed as limiting the technical idea of the present invention. The scope of protection of the present invention is limited only by the matters disclosed in the claims, and those skilled in the art can improve and change the technical idea of the present invention in various forms. Accordingly, these modifications and variations are intended to fall within the scope of the present invention as long as it is obvious to those skilled in the art.

10 : 구리계 합금 20 : 알루미늄계 합금10: copper alloy 20: aluminum alloy

Claims (11)

구리 소재와 알루미늄 소재가 차례로 적층된 적층 구조를 가지며,
상기 구리 소재는 Cu기지에 Cr, Zr, Mg, Mn, Co로 이루어지는 합금원소 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 합금원소를 함유하고,
상기 알루미늄 소재는 Al기지에 Cr, Zr, Mn, Co로 이루어지는 합금원소 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 합금원소를 함유하며,
상기 Cu기지에 함유되는 상기 합금원소의 함유량은 Cr인 경우 0.01 ~ 10wt%이고, Zr, Mg, Mn, Co인 경우 0.01 ~ 5wt%이며,
상기 Al기지에 함유되는 상기 합금원소의 함유량은 Cr인 경우 0.01 ~ 10wt%이고, Zr, Mn, Co인 경우 0.01 ~ 5wt%인 것을 특징으로 하는 클래드재.
It has a laminated structure in which a copper material and an aluminum material are sequentially stacked.
The copper material contains at least one alloy element selected from the group of alloy elements consisting of Cr, Zr, Mg, Mn, and Co in a Cu base,
The aluminum material contains at least one alloy element selected from the group of alloy elements consisting of Cr, Zr, Mn, and Co in an Al base,
The content of the alloying element contained in the Cu base is 0.01 to 10 wt% in the case of Cr, 0.01 to 5 wt% in the case of Zr, Mg, Mn, and Co,
The content of the alloy element contained in the Al base is 0.01 ~ 10wt% in the case of Cr, clad material, characterized in that 0.01 ~ 5wt% in the case of Zr, Mn, Co.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 구리 소재와 상기 알루미늄 소재가 차례로 적층된 샌드위치 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 클래드재.
The method of claim 1,
Clad material, characterized in that consisting of a sandwich structure in which the copper material and the aluminum material are sequentially laminated.
제 1 항에 있어서,
상기 구리 소재와 상기 알루미늄 소재가 동심원상으로 차례로 적층된 봉 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 클래드재.
The method of claim 1,
Clad material, characterized in that the copper material and the aluminum material has a rod structure stacked in sequence in a concentric manner.
(a) Cu기지에 Cr, Zr, Mg, Mn, Co로 이루어지는 합금원소 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 합금원소를 함유하며, 상기 Cu기지에 함유되는 상기 합금원소의 함유량은 Cr인 경우 0.01 ~ 10wt%이고, Zr, Mg, Mn, Co인 경우 0.01 ~ 5wt%인 구리 소재를 준비하는 단계;
(b) Al기지에 Cr, Zr, Mn, Co로 이루어지는 합금원소 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 합금원소를 함유하며, 상기 Al기지에 함유되는 상기 합금원소의 함유량은 Cr인 경우 0.01 ~ 10wt%이고, Zr, Mn, Co인 경우 0.01 ~ 5wt%인 알루미늄 소재를 준비하는 단계;
(c) 상기 구리 소재와 상기 알루미늄 소재를 적층하는 단계; 및
(d) 적층된 상기 구리 소재와 상기 알루미늄 소재를 접합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 클래드재의 제조방법.
(a) Cu base contains at least one alloying element selected from the group of alloying elements consisting of Cr, Zr, Mg, Mn, and Co, and the content of the alloying element contained in the Cu base is 0.01 to 10 wt. %, Zr, Mg, Mn, Co for preparing a copper material of 0.01 ~ 5wt%;
(b) Al base contains at least one alloying element selected from the group of alloys consisting of Cr, Zr, Mn, Co, and the content of the alloying element contained in the Al base is 0.01 to 10 wt% when Cr; In case of Zr, Mn, Co, preparing an aluminum material of 0.01 to 5wt%;
(c) laminating the copper material and the aluminum material; And
(d) bonding the laminated copper material and the aluminum material; a method of manufacturing a clad material, comprising: a.
삭제delete 제 7 항에 있어서,
강도와 전기전도도 특성을 높이기 위해 상기 (d) 단계 이후, 상기 구리 소재와 상기 알루미늄 소재가 접합된 적층물을 50℃ ~ 600℃ 사이의 온도 범위에서 시효 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 클래드재의 제조방법.
The method of claim 7, wherein
After the step (d) in order to increase the strength and electrical conductivity characteristics, further comprising the step of aging the laminate bonded to the copper material and the aluminum material in a temperature range of 50 ℃ to 600 ℃ Method of manufacturing clad material.
제 7 항에 있어서,
상기 (c) 단계 이전에, 상기 구리 소재를 700℃ ~ 1060℃ 사이의 온도 범위에서 용체화 처리하는 단계;
용체화 처리된 상기 구리 소재를 100℃ ~ 600℃ 사이의 온도 범위에서 시효 처리하는 단계;
상기 알루미늄 소재를 400℃ ~ 650℃ 사이의 온도 범위에서 용체화 처리하는 단계; 및
용체화 처리된 상기 알루미늄 소재를 50℃ ~ 400℃ 사이의 온도 범위에서시효 처리하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 클래드재의 제조방법.
The method of claim 7, wherein
Before step (c), the step of solution treatment of the copper material in the temperature range of 700 ℃ to 1060 ℃;
Ageing the solution-treated copper material in a temperature range between 100 ° C. and 600 ° C .;
Solution treatment of the aluminum material in a temperature range between 400 ° C. and 650 ° C .; And
Aging the solution-treated aluminum material in a temperature range of 50 ℃ to 400 ℃; manufacturing method of the cladding material further comprises.
제 7 항에 있어서,
상기 (c) 단계 이전에, 상기 구리 소재를 700℃ ~ 1060℃ 사이의 온도 범위에서 용체화 처리하는 단계;
상기 알루미늄 소재를 400℃ ~ 650℃ 사이의 온도 범위에서 용체화 처리하는 단계; 및
상기 (d) 단계 이후, 상기 구리 소재와 상기 알루미늄 소재가 접합된 적층물을 50℃ ~ 600℃ 사이의 온도 범위에서 시효 처리하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 클래드재의 제조방법.
The method of claim 7, wherein
Before step (c), the step of solution treatment of the copper material in the temperature range of 700 ℃ to 1060 ℃;
Solution treatment of the aluminum material in a temperature range between 400 ° C. and 650 ° C .; And
After the step (d), the step of aging treatment of the laminate in which the copper material and the aluminum material is bonded at a temperature range of 50 ℃ to 600 ℃; manufacturing method of a cladding material further comprising.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102290087B1 (en) 2020-12-09 2021-08-17 재단법인 경북하이브리드부품연구원 Manufacturing method for Cu-Al Clad bus bar
WO2023058803A1 (en) * 2021-10-05 2023-04-13 부경대학교 산학협력단 Method for manufacturing battery case of electric vehicle and battery case manufactured thereby

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102625952B1 (en) * 2018-12-07 2024-01-16 엘에스전선 주식회사 Power Cable including Welding Part Of Different Conductors, Welding Method Of Different Conductors And Connecting Joint Of Power Cable
KR102034011B1 (en) * 2018-12-26 2019-10-18 에이에프더블류 주식회사 Manufacturing method of a bus bar
KR102024575B1 (en) * 2019-03-25 2019-09-24 에이에프더블류 주식회사 Manufacturing method of a bus bar using Linear friction welding
CN113199205A (en) * 2020-01-30 2021-08-03 阿发屋株式会社 Method for manufacturing thin plate
US12014843B2 (en) 2020-11-30 2024-06-18 Ls Cable & System Ltd. Joining structure of different kinds of conductors, joining method of different kinds of conductors, and joint of power cables

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004034127A (en) * 2002-07-05 2004-02-05 Toyo Kohan Co Ltd Metal sheet joint body manufacturing method, method for manufacturing laminate body using the metal sheet joint body, and method for manufacturing component using the laminate body
KR20060130658A (en) * 2004-04-05 2006-12-19 니폰게이긴조쿠가부시키가이샤 Aluminum alloy casting material for heat treatment excelling in heat conduction and process for producing the same
JP4663031B1 (en) * 2010-06-29 2011-03-30 Jx日鉱日石金属株式会社 Titanium copper, wrought copper products, electronic components and connectors

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004034127A (en) * 2002-07-05 2004-02-05 Toyo Kohan Co Ltd Metal sheet joint body manufacturing method, method for manufacturing laminate body using the metal sheet joint body, and method for manufacturing component using the laminate body
KR20060130658A (en) * 2004-04-05 2006-12-19 니폰게이긴조쿠가부시키가이샤 Aluminum alloy casting material for heat treatment excelling in heat conduction and process for producing the same
JP4663031B1 (en) * 2010-06-29 2011-03-30 Jx日鉱日石金属株式会社 Titanium copper, wrought copper products, electronic components and connectors

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102290087B1 (en) 2020-12-09 2021-08-17 재단법인 경북하이브리드부품연구원 Manufacturing method for Cu-Al Clad bus bar
WO2023058803A1 (en) * 2021-10-05 2023-04-13 부경대학교 산학협력단 Method for manufacturing battery case of electric vehicle and battery case manufactured thereby

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