KR101483542B1

KR101483542B1 - 실리콘 황동 괴 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101483542B1
Application number: KR20120101915A
Authority: KR
Inventors: 노인국
Original assignee: 노인국
Priority date: 2012-09-14
Filing date: 2012-09-14
Publication date: 2015-01-16
Also published as: KR20140035579A

Abstract

본 발명은 금속 스크랩을 모아 용융시킨 금속 용융물의 주성분을 구리(Cu), 아연(Zn), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 망간(Mn), 철(Fe), 니켈(Ni), 실리콘(Si)으로 하고, 나머지 인(P), 납(Pb), 마그네슘(Mg), 크롬(Cr), 비소(As), 안티모니(Sb), 비스무트, 코발트(Co), 황(S), 붕소(B) 등은 금속 스크랩을 재활용할 때 함유될 수밖에 없음을 고려하여 최소화, 즉 거의 제로상태로 하여, 더욱 견고한 전기, 전자, 기계 부품 등과 같은 제품으로서 재활용토록 함으로써 환경오염을 방지하고 자원낭비를 방지할 수 있는 실리콘 황동 괴 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

실리콘 황동 괴 및 그 제조방법{SILICON BRASS ALLOY AND THEREOF MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 실리콘 황동 괴 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 버려지는 금속 스크랩을 모아 용융시켜 불순물을 제거하고 금속 용융물을 수득한 후 금형에 주입하여 실리콘 황동 괴로서 양산하고, 이러한 실리콘 황동 괴를 전기, 전자, 기계 부품 등과 같은 제품으로 재활용토록 할 수 있는 실리콘 황동 괴 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 황동 괴(합금)는 기계, 전기, 전자, 자동차용품, 건축용 자재뿐만 아니라 일상 생활용품에 이르기까지 매우 다양한 용도로 쓰여지고 있고, 이와 같은 다양한 용도에 맞추어 그에 적합한 성질을 지녀야 한다.

일반적으로 황동합금은 α상을 갖는 황동합금, β상을 갖는 황동합금 및 α+ β상으로 이루어진 황동합금이 있으며, α상은 그 물리적 성질이 연하여 상온가공성이 우수하고 내식성이 우수하나 기계적강도가 낮은 문제점을 지니고 있어 전연성이나 가공성을 필요로 하는 제품에 주로 사용되고, β상은 그 물리적 성질이 경하고, 열간가공성이 우수하나 기계적 강도가 너무 높아 취약하고 α상에 비하여 부식이 잘되는 문제점을 지니고 있어, 특히 고경도, 내마모성을 필요로 하는 경우에는 β단상 조직의 것이 이용되기도 한다. α+β의 2상으로 이루어진 황동합금은 상온에서의 전연성은 낮으나 강도가 크며, 아연함량이 많아 가격은 황동중에서 가장 싸며, 고온가공하여 상온에서 완성하는 절삭가공 및 열간단조공정에 의해 기계부품, 배관용자재의 연결부위, 물이나 음료수용 배관 및 밸브 등의 각종 부품소재로 널리 사용되고 있다.

그러나, 이러한 황동합금은 해안에 인접한 지역, 즉, 염소이온를 함유하는 물을 많이 사용하는 지역이나 대기가 오염된 공업지역, 열간 분위기의 제품 등에 사용되는 경우에는, 합금 구성 성분간의 이온화 경향 차이에 따라 발생하는 황동합금의 전기화학적 부식인, 아연(Zn)의 용해에 의한 탈아연현상이라고 하는 부식이 일어나게 된다.

이러한 부식은 황동의 기계적 강도를 저하시킬 뿐만아니라, 특히 용출되는 아연(Zn)과 함께 용출되는 납(Pb) 등의 금속은 환경과 인체에 해를 미치게 되어 최근에 세계적으로 환경문제 등과 관련하여 부식에 대한 규제가 오래전 부터 심각하게 대두되고 있는 실정이며, 기계적 가공성과 내식성이 좋으며, 납등의 유해금속의 용출이 없는 황동합금에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.

미국특허공보 제3,963,526호는 구리(Cu) 61.0∼66.0중량％, 나머지가 아연(Zn)이 황동합금에 탈아연방지제로서 0.02중량％ 이상의 비소(As), 안티몬(Sb) 또는 인(P)을 첨가하여 450∼600℃의 온도에서 소둔열처리하여 내식성을 향상시키는 기술을 공개하고 있다. 일본국 공개특허공보 소60-194035호는 구리(Cu) 63.0∼66.0중량％, 납(Pb) 1.0∼2.5중량％, 주석(Sn) 0.7∼1.2중량％, 니켈(Ni) 0.1∼0.7중량％, 철(Fe) 0.1∼1.0중량％, 안티몬(Sb) 0.01∼0.1중량％, 인(P) 0.01∼0.2중량％, 잔부로서 아연(Zn)을 갖는 내식성이 우수한 황동합금을 소개하고 있다. 일본국 공개특허공보 특개평6-108184호는 구리(Cu) 61.0∼65.0중량％, 납(Pb) 1.0∼3.5중량％, 주석(Sn) 0.7∼1.2중량％, 니켈(Ni) 0.2∼0.7중량％, 철(Fe) 0.04∼0.4중량％, 안티몬(Sb) 0.02∼0.1중량％와 인(P) 0.04∼0.15중량％를 합하여 0.08∼0.2중량％를 함유하고, 나머지가 아연(Zn)으로 조성되고, 500∼600℃의 온도에서 소둔열처리를 한 내식 황동합금을 소개하고 있다. 또한, 대한민국 공개특허공보 제141858호는 구리(Cu) 59.5∼62.5중량％, 납(Pb) 1.7∼2.5중량％, 비소(As) 0.16∼0.22중량％, 주석(Sn) 0.8∼1.2중량％, 니켈(Ni) 0.05∼0.3중량％, 철(Fe) 0.05∼0.2중량％와 잔부로서 아연(Zn)을 함유하고, 700∼750℃에서 열간단조 처리하고 450∼550℃의 온도에서 소둔열처리를 한 내식 황동합금을 소개하고 있다. 일본국 공개특허공보 특개평5-255778호, 일본국 공개특허공보 소54-135618호, 일본국 공개특허공보 소61-199043호, 국제공개공보 제93-24670호, 국제공개공보 제94-24325호, 대한민국 공개특허공보 특1998-077783호 등의 관련기술이 공개된 바 있다. 미국특허공보 제5,288,458호의 경우에는 구리(Cu)-아연(Zn) 2원계 황동합금에 1.8∼5.0중량％의 비스머스(Bi)를 첨가하고, 나머지는 알루미늄(Al), 주석(Sn), 규소(Si), 마그네슘(Mg), 납(Pb) 등을 불순물로 하여 냉간 가공성을 향상시킨 무연 황동합금을 공개하고 있다. 일본국 공개특허공보 특개평5-255778호의 경우는 구리(Cu) 57.0∼61.0중량％, 밋슈메탈 0∼0.9중량％, 나머지를 아연(Zn)으로 구성되는 황동합금에 비스머스(Bi) 0.5∼4.0중량％를 첨가하거나, 구리(Cu) 57∼61중량％, 밋슈메탈 0.1∼0.5중량％와 나머지를 아연(Zn)으로 구성되는 황동합금에 비스머스(Bi)와 납(Pb)의 합계함량을 0.5∼3.0중량％ 첨가하여, 가공성이 우수한 무연 황동합금에 대하여 공개한 것이다. 국제공개특허공보 제93-24670호는 구리(Cu) 57.0∼62.0중량％, 다른 합금성분 및 용융관련 불순물 3.0중량％, 기계가공성 향상을 위한 첨가제, 잔여분으로서 아연(Zn)을 함유하는 황동합금에 비스머스(Bi)를 첨가하여 절삭 가공성을 향상시키는 기술을 공개한 것으로, 다른 합금성분, 기계 가공성 향상을 위한 첨가제 및 불순물로서는 알루미늄(Al), 보론(B), 납(Pb), 주석(Sn), 철(Fe), 안티몬(Sb), 규소(Si), 망간(Mn), 니켈(Ni) 등을 열거하고 있다. 대한민국 공개특허공보 특1998-077783호는 구리(Cu) 57.0∼63.0중량％, 납(Pb) 0.05중량％ 이하, 철+주석(Fe+Sn) 1.0중량％ 이하, 기타 불순물 0.5중량％ 이하, 나머지가 아연(Zn)인 황동합금에 비스머스(Bi) 0.5∼3.5중량％ 첨가하고, 제조공정으로 비스머스(Bi)의 분포를 조절하여 절삭 가공성을 향상시킨 무연 황동합금을 공개하고 있다.

본 발명의 목적은 버려지는 금속 스크랩을 모아 용융시켜 불순물을 제거하고 금속 용융물을 수득한 후 금형에 주입하여 실리콘 황동 괴로서 양산하고, 절삭성을 지니면서도 강도가 우수한 실리콘 황동 괴를 전기, 전자, 기계 부품 등과 같은 제품으로 재활용토록 할 수 있는 실리콘 황동 괴 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명의 목적은 버려지는 금속 스크랩을 모아 용융시킨 금속 용융물의 주성분을 구리(Cu), 아연(Zn), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 망간(Mn), 철(Fe), 니켈(Ni), 실리콘(Si)으로 하고 나머지 인(P), 납(Pb), 마그네슘(Mg), 크롬(Cr), 비소(As), 안티모니(Sb), 비스무트, 코발트(Co), 황(S), 붕소(B) 등은 금속 스크랩을 재활용할 때 함유될 수밖에 없음을 고려하여 최소화, 즉 거의 제로상태로 하여, 절삭성을 지니면서도 강도가 우수하고 견고한 전기, 전자, 기계 부품 등과 같은 제품으로서 재활용토록 함으로써 환경오염을 방지하고 자원낭비를 방지할 수 있는 실리콘 황동 괴 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 실리콘 황동 괴는,

구리(Cu) 66∼71wt％, 아연(Zn) 24∼28wt％, 주석(Sn) 0.07∼0.1wt％, 알루미늄(Al) 1.2∼1.5wt％, 망간(Mn) 1.7∼2.3wt％, 철(Fe) 0.2∼0.8wt％, 니켈(Ni) 1.03∼1.32wt％, 실리콘(Si) 0.53∼0.83wt％, 인(P) 0.009wt％ 이하, 납(Pb) 0.097wt％ 이하, 마그네슘(Mg) 0.0007wt％ 이하, 크롬(Cr) 0.23wt％ 이하, 비소(As) 0.02wt％ 이하, 안티모니(Sb) 0.06wt％ 이하, 비스무트(Bi) 0.02wt％ 이하, 코발트(Co) 0.008wt％ 이하, 황(S) 0.009wt％ 이하, 붕소(B) 0.002wt％ 이하로 이루어지는 것을 그 기술적 구성상의 기본 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 실리콘 황동 괴 제조방법은,

금속 스크랩(Scrap)을 1200∼1300℃의 온도로 3∼6시간 동안 용융시키면서 불순물을 제거하여 금속 용융물을 수득하는 스텝(S10)과,

상기 금속 용융물을 금형에 주입한 후 경화시켜 실리콘 황동 괴를 양산하는 스텝(S20)을 포함하는 실리콘 황동 괴 제조방법에 있어서,

상기 S10 스텝에서 상기 금속 스크랩의 용융에 따른 상기 금속 용융물은 구리(Cu) 66∼71wt％, 아연(Zn) 24∼28wt％, 주석(Sn) 0.07∼0.1wt％, 알루미늄(Al) 1.2∼1.5wt％, 망간(Mn) 1.7∼2.3wt％, 철(Fe) 0.2∼0.8wt％, 니켈(Ni) 1.03∼1.32wt％, 실리콘(Si) 0.53∼0.83wt％, 인(P) 0.009wt％ 이하, 납(Pb) 0.097wt％ 이하, 마그네슘(Mg) 0.0007wt％ 이하, 크롬(Cr) 0.23wt％ 이하, 비소(As) 0.02wt％ 이하, 안티모니(Sb) 0.06wt％ 이하, 비스무트(Bi) 0.02wt％ 이하, 코발트(Co) 0.008wt％ 이하, 황(S) 0.009wt％ 이하, 붕소(B) 0.002wt％ 이하를 포함하는 것을 그 기술적 방법상의 기본 특징으로 한다.

본 발명은 버려지는 금속 스크랩을 용융시켜 모아 불순물을 제거하고 금속 용융물을 수득한 후 금형에 주입하여 실리콘 황동 괴로서 양산하고, 이러한 실리콘 황동 괴의 절삭성을 지니면서도 강도가 우수한 전기, 전자, 기계 부품 등과 같은 제품으로 재활용토록 할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 버려지는 금속 스크랩을 모아 용융시킨 금속 용융물의 주성분을 구리(Cu), 아연(Zn), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 망간(Mn), 철(Fe), 니켈(Ni), 실리콘(Si)으로 하고 나머지 인(P), 납(Pb), 마그네슘(Mg), 크롬(Cr), 비소(As), 안티모니(Sb), 비스무트, 코발트(Co), 황(S), 붕소(B) 등은 금속 스크랩을 재활용할 때 함유될 수밖에 없음을 고려하여 최소화, 즉 거의 제로상태로 하여, 절삭성을 지니면서도 강도가 우수하고 견고한 전기, 전자, 기계 부품 등과 같은 제품으로서 재활용토록 함으로써 환경오염을 방지하고 자원낭비를 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 실리콘 황동 괴 제조방법을 나타내는 흐름도.

본 발명에 따른 실리콘 황동 괴 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 도면을 참조하면서 설명하기로 하고, 그 실시예로는 다수 개가 존재할 수 있으며, 이러한 실시예를 통하여 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 더욱 잘 이해할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 실리콘 황동 괴는 구리(Cu) 66∼71wt％, 아연(Zn) 24∼28wt％, 주석(Sn) 0.07∼0.1wt％, 알루미늄(Al) 1.2∼1.5wt％, 망간(Mn) 1.7∼2.3wt％, 철(Fe) 0.2∼0.8wt％, 니켈(Ni) 1.03∼1.32wt％, 실리콘(Si) 0.53∼0.83wt％, 인(P) 0.009wt％ 이하, 납(Pb) 0.097wt％ 이하, 마그네슘(Mg) 0.0007wt％ 이하, 크롬(Cr) 0.23wt％ 이하, 비소(As) 0.02wt％ 이하, 안티모니(Sb) 0.06wt％ 이하, 비스무트(Bi) 0.02wt％ 이하, 코발트(Co) 0.008wt％ 이하, 황(S) 0.009wt％ 이하, 붕소(B) 0.002wt％ 이하로 이루어진다.

표 1은 본 발명에 따른 실리콘 황동 괴의 성분 분석 결과이다.

[표 1]

도 1은 본 발명에 따른 실리콘 황동 괴 제조방법을 나타내는 흐름도이다.

무연 황도 괴를 제조하기 위한 방법으로, 금속 스크랩(Scrap)을 1200∼1300℃의 온도로 3∼6시간 동안 용융시키면서 불순물을 제거하여 금속 용융물을 수득하는 스텝(S10)과, 금속 용융물을 금형에 주입한 후 경화시켜 실리콘 황동 괴를 양산하는 스텝(S20)을 포함하며, 특히 상기 S10 스텝에서 금속 스크랩의 용융에 따른 금속 용융물은 구리(Cu) 66∼71wt％, 아연(Zn) 24∼28wt％, 주석(Sn) 0.07∼0.1wt％, 알루미늄(Al) 1.2∼1.5wt％, 망간(Mn) 1.7∼2.3wt％, 철(Fe) 0.2∼0.8wt％, 니켈(Ni) 1.03∼1.32wt％, 실리콘(Si) 0.53∼0.83wt％, 인(P) 0.009wt％ 이하, 납(Pb) 0.097wt％ 이하, 마그네슘(Mg) 0.0007wt％ 이하, 크롬(Cr) 0.23wt％ 이하, 비소(As) 0.02wt％ 이하, 안티모니(Sb) 0.06wt％ 이하, 비스무트(Bi) 0.02wt％ 이하, 코발트(Co) 0.008wt％ 이하, 황(S) 0.009wt％ 이하, 붕소(B) 0.002wt％ 이하를 포함한다.

이때, 상기 S10 스텝에서 금속 용융물을 샘플링하여 분석하면서 구리(Cu) 66∼71wt％, 아연(Zn) 24∼28wt％, 주석(Sn) 0.07∼0.1wt％, 알루미늄(Al) 1.2∼1.5wt％, 망간(Mn) 1.7∼2.3wt％, 철(Fe) 0.2∼0.8wt％, 니켈(Ni) 1.03∼1.32wt％, 실리콘(Si) 0.53∼0.83wt％의 범위를 유지하도록 구리(Cu), 아연(Zn), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 망간(Mn), 철(Fe), 니켈(Ni) 및 실리콘(Si)의 양을 조절하는 스텝(S10+1)을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 실리콘 황동 괴 및 그 제조방법은 버려지는 금속 스크랩을 모아 용융시켜 불순물을 제거하고 금속 용융물을 수득한 후 금형에 주입하여 실리콘 황동 괴로서 양산하고, 절삭성을 지니면서도 강도가 우수한 실리콘 황동 괴를 더욱 견고한 전기, 전자, 기계 부품 등과 같은 제품으로 재활용토록 하는 것이다.

그리고, 상기 S10 스텝에서 금속 용융물을 샘플링하여 분석하면서 각 성분의 함유량을 조절토록 함으로써 균일한 실리콘 황동 괴를 양산할 수 있도록 하여 전기, 전자, 기계 부품 등과 같은 제품을 제작코자 할 때 성분 비율의 이상으로 인한 불량제품이 만들어지는 현상을 미연에 방지토록 한다.

한편, 구리(Cu)에 아연(Zn)을 첨가하여 만든 합금으로 놋쇠라고도 하는데 청동과 함께 중요한 구리합금을 이룬다. 황동이 인공적으로 제조된 것은 1520년경 아연원소가 발견된 후부터이다. 놋쇠라고도 한다. 청동과 함께 중요한 구리합금으로 황동이 인공적으로 제조된 것은 1520년경 아연원소가 발견된 후부터이다.

황동은 고체의 구리(Cu) 속에 아연(Zn)이 녹아 들어가는 범위(약 35％까지)의 것을 α황동이라고 하는데, 전연성(展延性)이 크므로 두들기거나 늘려서 판·봉·선·관 등으로 가공해서 사용한다. 아연의 양이 많아짐에 따라 경도(硬度)와 강도가 증가하고, 합금의 색도 구리의 붉은기가 도는 색에서 황색에 접근해 간다.

고체의 구리(Cu)에 고용(固溶)되는 양 이상으로 아연(Zn)이 들어가면 여분의 아연(Zn)은 구리(Cu)와 β 라는 별개의 고체를 만들기 때문에 합금은 α 와 β의 두 가지 고체의 혼합물(2相이 된다고 한다)이 되고, 색은 다시 붉은기가 더해지게 된다.

이러한 2상의 합금 중 대표적인 것은 40％ 아연(Zn)의 이른바 사륙황동으로, 건재(建材)의 쇠붙이 장식, 문의 손잡이 등 놋쇠장식은 대부분 이것이며, α황동보다 견고하고 마모되지 않는다.

α황동의 대표적인 것은 30％ 아연(Zn)의 칠삼황동으로, 기물 등과 같이 판에서 따내어 만드는 것에는 이것이 많다. 동전도 α황동이다. 칠삼황동 이외의 α황동도 성분에 따라 여러 가지 용도가 있다.

20％ 아연(Zn) 이하의 것은 금색에 가깝고, 소량의 납(Pb)을 가하면 더욱 금과 같은 색이 되므로 금단추 ·휘장(徽章) ·불단(佛壇)의 장식구 등으로 사용된다. 20％ 아연(Zn)의 것은 금박의 대용으로 서적의 금글자, 금색 인쇄에 사용되지만, 오래 되면 검게 변한다.

25∼35％ 아연(Zn)의 합금은 공업재료로 중요하며, 아연(Zn)의 양에 따라 칠삼, 67/33, 65/35라 하며, 전구의 소켓이나, 총탄의 약협(藥莢), 기타 스프링재로서 가정용 전기기구 등에 사용한다. 또한 금색이라 실내장식에도 많이 쓰이는 외에 주물로도 사용된다.

이에 따라 본 발명은 소화전 밸브나 수도 금구로로서 알맞은 전성(展性)·연성(延性)을 유지키 위하여 구리(Cu)를 66∼71wt％로 하고, 아연(Zn)을 24∼28wt％으로 하는 것이다.

구리(Cu)는 특유한 적색 광택을 가진 금속으로 전성(展性)·연성(延性)·가공성이 뛰어날 뿐만 아니라 강도도 있다. 열 및 전기의 전도율은 은에 이어 2번째로 크고 결정은 등축정계(等軸晶系)이다. 가열하면 어두운 빛깔의 산화제이구리가 되고, 1000℃ 이상으로 가열하면 적자색인 산화제일구리가 된다. 황·염소·인과도 직접 화합한다. 그리고, 순수한 건조공기 중에서는 산화하지 않으나, 보통의 공기 중에서는 습기로 인해서 녹이 슬고, 염분 및 이산화탄소를 함유하지 않는 순수한 물에는 녹지 않으나, 염분이 있는 물에는 녹는다. 특히, 암모늄염은 이 성질이 뚜렷하다. 공기를 단절하고 구리에 묽은 황산을 가하거나 또는 끓이거나 해도 반응하지 않으나, 공기 중에서는 서서히 녹는다. 진한 황산에는 이산화황(아황산가스)을 발생하며 녹는다.

구리(Cu) 그 자체뿐만 아니라 황동·청동·알루미늄청동·베릴륨구리 등 합금으로서의 용도도 매우 넓으며, 특히 전선을 비롯하여 신동품(伸銅品)으로서 많이 쓰인다. 전선은 전해구리를 용해하여 틀에 넣어 굳힌 봉동(棒銅)을 써서 각종 전선으로 가공한다. 신동품은 전해구리와 기타 합금용금속·부스러기구리·구리합금 등을 알맞게 배합 용해한 다음 소정의 성분으로 조정하여 주입한 동괴(銅塊)를 원료로 하여 판·봉·관·선 등으로 가공한다. 동판은 열전도성과 내식성(耐蝕性)을 활용하여 특수한 냄비를 비롯하여 일반 집기(什器), 동화(銅貨)를 만드는 데 사용된다.

아연(Zn)은 금속 용융물 중의 후술하는 주석(Sn)의 산화물 생성을 억제하고, 비등점이 낮기 때문에 아연(Zn)의 증기 분압을 높여 다른 수증기 또는 수소분압을 감소시키면서 가스흡수를 작게 하며, 이러한 비등에 의해 흡수되었던 가스도 제거할 수 있도록 한다.

주석(Sn)은 주조성 및 내식성을 향상시켜 납(Pb)의 용출을 억제하기 위하여 첨가되는 원소로서 주석(Sn)의 함량이 0.7wt％ 이하인 경우에는 주조성 향상을 기대하기가 어려운 반면 주석(Sn)의 함량이 1.5wt％를 초과하여 첨가되는 경우에는 취약한 감마(γ)상을 형성하여, 기계적 특성이 악화되는 문제가 있다. 따라서, 주석(Sn)의 함량은 0.07∼0.1wt％를 함유토록 한다.

알루미늄(Al)은 열간가공성, 침식부식에 대한 저항성, 미끄럼성 및 내구성 등에 영향을 주지 않고 고용강화 효과를 가져와 α 및 β 황동의 강도를 높이며, 1.2∼1.5wt％ 첨가시 사형 및 금형주조에서 가장 좋은 유동성 효과를 기대할 수 있다.

망간(Mn)은 외관은 철(Fe)과 비슷하나 철(Fe)보다 단단하여, 본 발명에서는 견고성을 위해 1.7∼2.3wt％로 한다.

철(Fe)역시 주로 기계적 강도를 향상시키기 위하여 첨가되는 것으로 본 발명에서는 0.2∼0.8wt％로 한다.

니켈(Ni)은 부식을 억제시켜 주는 역할을 하나 주석(Sn)과 함께 첨가되면 부동태 피막의 형성이 더욱 쉬워지므로 주석(Sn)을 단독으로 첨가하는 경우보다 더욱 향상된 내식성을 보여준다. 니켈(Ni)은 상온 및 고온에서의 강도와 성형성을 향상시키고 또한 부식저항성을 높인다. 본 발명에서는 실리콘 황동 괴의 내식성과 강도 및 성형성을 향상시키기 위해 1.03∼1.32wt％로 한다.

실리콘(Si)는 응력부식균열에 대한 민감성을 감소시키고 열처리 시 아연(Zn)의 증발을 억제시키므로 본 발명에서는 0.53∼0.83wt％로 한다.

인(P)은 금속 용융물 중의 산화물과 반응하여 350℃에서 기화한다. 탈산에 의하여 금속 용융물의 흐름이 양호하게 하지만 수소흡수 경향을 강하게 하여, 본 발명에서는 금속 스크랩을 재활용할 때 함유될 수밖에 없음을 고려하여 0.09wt％ 이하로 제한한다.

납(Pb)은 대기로부터 호흡, 신체 접촉뿐만 아니라 음식물 및 식수 등을 통하여 인체 내부로 흡수되어 뼈에 축적되고, 이렇게 인체에 축적된 납(Pn)은 성장기에 있는 어린이에게는 발육부진의 현상을 일으키고, 성인에게는 골다공증을 유발하며, 피부와 눈에 황달 현상, 구토, 소화장애, 무기력증, 잇몸의 블랙 라인, 고혈압, 시각장애 등의 질병과, 뇌에 영향을 미쳐 경련과 쇼크를 일으킬 수 있으므로, 본 발명에서는 금속 스크랩을 재활용할 때 함유될 수밖에 없음을 고려하여 0.097wt％ 이하로 제한한다.

마그네슘(Mg)은 구리(Cu)와 비중 차이가 커서 잘 섞이지 않을 뿐 아니라 금속 용융물의 유동성을 크게 저하시켜 주조 작업성을 떨어뜨리고, 지나친 탈산으로 재료를 취약하게 할 우려가 있어, 본 발명에서는 금속 스크랩을 재활용할 때 함유될 수밖에 없음을 고려하여 0.0007wt％ 이하로 제한한다.

크롬(Cr)은 잘 부서지는 성질이 있고 강자성(强磁性)을 가지므로, 본 발명에서는 소화전 밸브 또는 수도 금구에 사용되는 실리콘 황동 괴에는 적합지 않으므로 금속 스크랩을 재활용할 때 함유될 수밖에 없음을 고려하여 0.23wt％ 이하로 제한한다.

비소(As)는 합금 첨가제로 사용된다. 구리(Cu)에 소량을 가하면 내열성이 증가하고, 납(Pb)에 소량을 가하면 굳기가 증가하는 특징을 보이며, 주로 납-안티몬계의 베어링합금 등에 첨가된다. 비소화합물은 방부제·살충제·살서제(殺鼠劑) 등에 사용되고 있다. 홑원소물질 비소에는 독성이 없는 것으로 보고 있으나, 아비산이나 비산 등의 화합물은 독성이 강하며 특히 비소(As)의 함량이 0.02wt％를 초과하는 경우에는 화합물을 형성하여 실리콘 황동 괴의 내식특성을 저하시키는 문제점이 있어, 본 발명에서는 금속 스크랩을 재활용할 때 함유될 수밖에 없음을 고려하여 0.02wt％ 이하로 제한한다.

안티모니(Sb)는 합금으로서 많이 사용된다. 특히 고체화할 때 팽창하는 성질을 이용하여 납-안티모니계, 주석-안티모니계, 납-주석-안티모니계가 활자합금(용)·베어링합금·축전지용 극판(極板)에 사용된다. 순금속으로서는 보호용 도금으로 사용되고 있어, 본 발명에서는 금속 스크랩을 재활용할 때 함유될 수밖에 없음을 고려하여 0.06wt％ 이하로 제한한다.

비스무트(Bi)는 열 전도도는 수은을 제외한 어떠한 금속보다 열전도도가 작고, 큰 전기저항을 가진다. 녹은 다음 고체화시킬 때 3∼3.5％ 팽창한다. 공기 속에서 가열하면 청백색의 불꽃을 내며 타서 노란색의 산화비스무트가 된다. 물과 반응하여 수소 기체를 방출하면서 산화비스무트를 생성하여, 본 발명에서는 금속 스크랩을 재활용할 때 함유될 수밖에 없음을 고려하여 0.02wt％ 이하로 제한한다.

코발트(Co)는 철과 비슷한 광택이 나는 금속으로 강자성(强磁性)이다. 가열해도 잘 융해하지 않으며, 공기 중에 방치해도 표면에 녹이 슬어, 본 발명에서는 금속 스크랩을 재활용할 때 함유될 수밖에 없음을 고려하여 0.008wt％ 이하로 제한한다.

황(S)은 상온에서는 황색 비금속 고체이며 황은 푸른색 불꽃을 내면서 타고 매우 강하고 지독한 냄새가 나는 이산화황(SO₂)을 방출하며, 황원소는 독성이 없으나 용융 과정에서 나타나는 황화합물 이산화황이나 황화수소는 독성이 나타나므로, 본 발명에서는 금속 스크랩을 재활용할 때 함유될 수밖에 없음을 고려하여 0.009wt％ 이하로 제한한다.

붕소(B)는 비결정성인 갈색 분말과 결정성인 금속 광택이 있는 단단한 흑색 고체의 두 가지 동소체가 존재한다. 굳기는 9.3으로 다이아몬드(금강석) 다음이며 탄화붕소보다 단단하여, 본 발명에서는 금속 스크랩을 재활용할 때 함유될 수밖에 없음을 고려하여 0.002wt％ 이하로 제한한다.

이와 같이 본 발명에 따른 실리콘 황동 괴 및 그 제조방법은 버려지는 금속 스크랩을 모아 용융시킨 금속 용융물의 주성분을 구리(Cu), 아연(Zn), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 망간(Mn), 철(Fe), 니켈(Ni), 실리콘(Si)으로 하고, 나머지 인(P), 납(Pb), 마그네슘(Mg), 크롬(Cr), 비소(As), 안티모니(Sb), 비스무트, 코발트(Co), 황(S), 붕소(B) 등은 금속 스크랩을 재활용할 때 함유될 수밖에 없음을 고려하여 최소화, 즉 거의 제로상태로 하여, 더욱 견고한 전기, 전자, 기계 부품 등과 같은 제품으로서 재활용토록 함으로써 환경오염을 방지하고 자원낭비를 방지할 수 있게 된다.

본 발명은 금속 스크랩을 모야 용융시킨 후 전기, 전자, 기계 부품으로서 재활용토록 하여 환경오염을 방지하고 자원낭비를 방지할 수 있는 산업분야에 이용될 수 있다.

S10 : 금속 용융물을 수득하는 스텝
S20 : 실리콘 황동 괴를 양산하는 스텝

Claims

구리(Cu) 66∼71wt％, 아연(Zn) 24∼28wt％, 주석(Sn) 0.07∼0.1wt％, 알루미늄(Al) 1.2∼1.5wt％, 망간(Mn) 1.7∼2.3wt％, 철(Fe) 0.2∼0.8wt％, 니켈(Ni) 1.03∼1.32wt％, 실리콘(Si) 0.53∼0.83wt％, 인(P) 0.0001∼0.009wt％, 납(Pb) 0.0001∼0.097wt％, 마그네슘(Mg) 0.00001∼0.0007wt％, 크롬(Cr) 0.001∼0.23wt％, 비소(As) 0.001∼0.02wt％, 안티모니(Sb) 0.001∼0.06wt％, 비스무트(Bi) 0.001∼0.02wt％, 코발트(Co) 0.0001∼0.008wt％, 황(S) 0.0001∼0.009wt％, 붕소(B) 0.0001∼0.002wt％로 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리콘 황동 괴.
금속 스크랩(Scrap)을 1200∼1300℃의 온도로 3∼6시간 동안 용융시키면서 불순물을 제거하여 금속 용융물을 수득하는 스텝(S10)과,
상기 금속 용융물을 금형에 주입한 후 경화시켜 실리콘 황동 괴를 양산하는 스텝(S20)을 포함하는 실리콘 황동 괴 제조방법에 있어서,
상기 S10 스텝에서 상기 금속 스크랩의 용융에 따른 상기 금속 용융물은
구리(Cu) 66∼71wt％, 아연(Zn) 24∼28wt％, 주석(Sn) 0.07∼0.1wt％, 알루미늄(Al) 1.2∼1.5wt％, 망간(Mn) 1.7∼2.3wt％, 철(Fe) 0.2∼0.8wt％, 니켈(Ni) 1.03∼1.32wt％, 실리콘(Si) 0.53∼0.83wt％, 인(P) 0.0001∼0.009wt％, 납(Pb) 0.0001∼0.097wt％, 마그네슘(Mg) 0.00001∼0.0007wt％, 크롬(Cr) 0.001∼0.23wt％, 비소(As) 0.001∼0.02wt％, 안티모니(Sb) 0.001∼0.06wt％, 비스무트(Bi) 0.001∼0.02wt％, 코발트(Co) 0.0001∼0.008wt％, 황(S) 0.0001∼0.009wt％, 붕소(B) 0.0001∼0.002wt％를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 황동 괴 제조방법.
제 2 항에 있어서,
상기 S10 스텝에서 상기 금속 용융물을 샘플링하여 분석하면서 상기 구리(Cu) 66∼71wt％, 아연(Zn) 24∼28wt％, 주석(Sn) 0.07∼0.1wt％, 알루미늄(Al) 1.2∼1.5wt％, 망간(Mn) 1.7∼2.3wt％, 철(Fe) 0.2∼0.8wt％, 니켈(Ni) 1.03∼1.32wt％, 실리콘(Si) 0.53∼0.83wt％의 범위를 유지하도록 구리(Cu), 아연(Zn), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 망간(Mn), 철(Fe), 니켈(Ni) 및 실리콘(Si)의 양을 조절하는 스텝(S10+1)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 황동 괴 제조방법.