KR101521225B1 - 강성을 강화한 알루미늄 프로파일 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이러한 점을 고려하여 발명한 것으로, 압출과 가공성이 좋고 표면 처리로 표면 처리로 다양한 색상 구현이 쉬운 A6000 계열(바람직하게는 A6063)의 알루미늄 합금 소재를 외부 소재로 하고, 이 소재 안에 기계적 물성이 우수한 A7000 계열 또는 A2000 계열(바람직하게는 A7075 또는 A2024)의 알루미늄 복합 소재를 심재와 같이 내부 소재로 이용할 수 프로파일을 열간 압출하여 제작함으로써, 서로 다른 특성을 갖는 두 가지 계열의 알루미늄 합금으로 프로파일을 제작하여 미감과 표면처리 그리고 기계적 특성을 동시에 얻을 수 있는 강성을 강화한 알루미늄 프로파일 및 그 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
특히, 본 발명은 외부 소재가 되는 빌릿에 삽입 홀을 형성하고 이 삽입 홀에 내부 소재가 되는 다른 계열의 알루미늄 빌릿을 삽입하여 압출함으로써, 이처럼 미감과 표면처리 그리고 기계적 특성을 갖는 프로파일을 쉽게 제작할 수 있게 한 강성을 강화한 알루미늄 프로파일 및 그 제조 방법을 제공하는 데 다른 목적이 있다.
그리고, 본 발명은 상기 삽입 홀을 외부 소재가 되는 빌릿의 중심축에 하나를 형성하거나 폭 단면 형상의 지름 위에 적어도 2개를 형성하여 열간 압출한 프로파일의 종류에 따라 요구하는 기계적 특성을 달리하여 제작할 수 있게 한 강성을 강화한 알루미늄 프로파일 및 그 제조 방법을 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.

Description

강성을 강화한 알루미늄 프로파일 및 그 제조 방법{STRENGTH-IMPROVED ALUMINIUM PROFILES AND THE METHOD THEREOF}

본 발명은 강성을 강화한 알루미늄 프로파일 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 A6000 계열의 빌릿(Billet) 중심에 하나의 A7000 계열의 빌릿을 끼우거나 A6000 계열의 빌릿 지름 위에 대칭으로 적어도 2개의 A7000 계열의 빌릿을 끼워 압출하여 알루미늄 프로파일을 제조함으로써, 표면처리에 따른 색상을 얻으면서도 프로파일의 사용 목적 등에 맞춰 기계적 물성값을 조절할 수 있게 한 것이다.

일반적으로 알루미늄 합금은 경량화·내구성 그리고 내부식성이 우수하여 압출 방식으로 다양한 제품을 생산하고 있다. 예를 들어서, 모바일의 외장 케이스·가전제품 등의 커버·다양한 종류의 프레임 및 구조재로 사용하고 있다. 아래의 특허문헌 1 내지 특허문헌 5에는 알루미늄 합금을 압출하여 프로파일 형태로 제작하는 기술이 개시되어 있다.

특허문헌 1은 알루미늄을 이용하여 다양한 형상으로 압출하여 현장에 따라 잘라 사용토록 함으로써 이음매 없이 깔끔하게 마감할 수 있으며, 몰딩 본체를 고정한 후 덮개를 덮어주어 고정부위가 외부로 나타나지 않도록 한 알루미늄 압출 몰딩에 관한 것이다.

특허문헌 2는 알루미늄을 압출 성형하여 형성된 철도 차량용 시트 프레임에 관한 것이며, 그 목적은 알루미늄을 압출 성형한 구조로 일체로 제작하여 조립하는 부품의 수를 최소화함으로써 제조 공정이 단순하고 고장률이 낮을 뿐만 아니라 부품 교체가 쉽고 유지·보수가 쉬운 철도 차량용 시트 프레임을 제공함에 있다.

특허문헌 3은 몰딩 본체에 다단의 천장재 수용 홈을 형성하여 천장재의 두께에 상관없이 어떤 것이라도 수용할 수 있도록 하여 작업상 편의성을 도모하고자 하는 범용 알루미늄 압출 몰딩에 관한 것이다.

특허문헌 4는 본 발명은 알루미늄 빌릿을 압출 공정으로 알루미늄 플레이트로 제조하는 알루미늄 플레이트 제조용 압출 장비에 관한 것이다. 특히, 특허문헌 4에 따르면, 기존의 압연 공정이 아닌 압출 공정에 의해 최근에 요구되고 있는 얇은 디스플레이 장치 등에 적용 가능한 두께를 갖는 알루미늄 플레이트를 제조할 수 있다.

특허문헌 5는 광폭의 알루미늄 플레이트를 제조하기 위한 압출 금형과 이 금형을 이용하여 광폭의 알루미늄 플레이트를 제조하는 방법에 관한 것이다. 이러한 특허문헌 5는 알루미늄 빌릿을 압출할 때 폭 방향으로 파형 형상의 압출물을 제조한 다음, 상기 압출물을 롤러로 평탄화하는 구성으로 이루어진다.

하지만, 종래의 프로파일 형태로 제작하는 알루미늄 압출물은 다음과 같은 문제가 있다.

(1) 알루미늄의 계열에 따라 나타나는 특징, 예를 들어서 미관이 미려한 것으로 알려진 A6000 계열의 알루미늄 합금으로 압출하면, 압출물의 미관은 좋으나 그 기계적 물성 예를 들어서 강성이 떨어져서 이를 보강하기 위해 압출물에 별도의 열처리를 하거나 강성 확보를 위해 코팅 등 다른 부수적인 작업을 해야 한다.

(2) 또한, A2000 계열과 A7000 계열의 알루미늄 합금은 중공 형태로 압출하기는 어려우나 기계적 물성을 만족하여 다양한 형태로 압출할 수 있다. 하지만, 기계적 물성이 커서 압출하여 사용할 수 있는 제품에 한계가 있다.

(3) 특히, 압출한 프로파일이 케이스나 모발일 케이스와 같이, 그 폭 단면에서 양쪽 테두리 부분이 접힌 형상일 경우 이 접힌 부분에 대한 충분한 기계적 특성을 얻기 힘들고, 이 때문에 이런 제품의 모서리나 테두리에 외력이 가해지면 파손되는 경우가 있다.

(4) 원하는 기계적 특성을 얻기 위해서는 프로파일의 압출물의 두께가 두꺼워져야 한다.

한국등록실용 제0410612호(등록일 : 2006.03.02) 한국등록실용 제0418720호(등록일 : 2006.06.07) 한국등록실용 제0350991호(등록일 : 2004.05.10) 한국공개특허 제10-2010-0138003호(공개일 : 2010.12.31) 한국공개특허 제10-2011-0024662호(공개일 : 2011.03.09)

본 발명은 이러한 점을 고려하여 발명한 것으로, 압출과 가공성이 좋고 표면 처리로 표면 처리로 다양한 색상 구현이 쉬운 A6000 계열(바람직하게는 A6063)의 알루미늄 합금 소재를 외부 소재로 하고, 이 소재 안에 기계적 물성이 우수한 A7000 계열 또는 A2000 계열(바람직하게는 A7075 또는 A2024)의 알루미늄 복합 소재를 심재와 같이 내부 소재로 이용할 수 프로파일을 열간 압출하여 제작함으로써, 서로 다른 특성을 갖는 두 가지 계열의 알루미늄 합금으로 프로파일을 제작하여 미감과 표면처리 그리고 기계적 특성을 동시에 얻을 수 있는 강성을 강화한 알루미늄 프로파일 및 그 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

특히, 본 발명은 외부 소재가 되는 빌릿에 삽입 홀을 형성하고 이 삽입 홀에 내부 소재가 되는 다른 계열의 알루미늄 빌릿을 삽입하여 압출함으로써, 이처럼 미감과 표면처리 그리고 기계적 특성을 갖는 프로파일을 쉽게 제작할 수 있게 한 강성을 강화한 알루미늄 프로파일 및 그 제조 방법을 제공하는 데 다른 목적이 있다.

그리고, 본 발명은 상기 삽입 홀을 외부 소재가 되는 빌릿의 중심축에 하나를 형성하거나 폭 단면 형상의 지름 위에 적어도 2개를 형성하여 열간 압출한 프로파일의 종류에 따라 요구하는 기계적 특성을 달리하여 제작할 수 있게 한 강성을 강화한 알루미늄 프로파일 및 그 제조 방법을 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예 1에 따른 강화한 알루미늄 프로파일의 제조 방법은, A6000 계열의 알루미늄 복합 소재로 원기둥 형상의 제1 빌릿(100)을 제작하는 제1단계; 상기 제1 빌릿(100)의 중심선을 따라 원기둥 형상의 삽입 홀(110)을 가공하는 제2단계; 상기 삽입 홀(110)에 A7000 계열 또는 A2000 계열의 알루미늄 복합 소재로 원기둥 형상으로 제작한 제2 빌릿(200)을 끼워서 삽입하는 제3단계; 및 상기 제2 빌릿(200)이 삽입된 제1 빌릿(100)을 열간 압출하여 제1 빌릿(100) 두께 내에 제2 빌릿(200)이 심재로서 일체로 이루어져 폭보다 길이가 긴 띠편 형상의 프로파일(300)을 제작하는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 제1 빌릿(100)은 A6063이고, 상기 제2 빌릿(200)은 A7075 또는 A2024인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2 빌릿(200)은 제1 빌릿(100)의 두께 중앙 부분에 타원 형상으로 넓게 펼쳐져서 제1 빌릿(100)과 일체로 압출되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명은 이러한 제조 방법으로 제조한 알루미늄 프로파일을 포함한다.

한편, 본 발명의 실시예 2에 따른 강성을 강화한 알루미늄 프로파일의 제조 방법은, A6000 계열의 알루미늄 복합 소재로 원기둥 형상의 제1 빌릿(100)을 제작하는 제1단계; 상기 제1 빌릿(100)의 원형 단면의 지름에 좌우 대칭이 되게 원기둥 형상의 삽입 홀(110)을 적어도 두 개 가공하는 제2단계; 상기 각 삽입 홀(110)에 A7000 계열 또는 A2000 계열의 알루미늄 복합 소재로 원기둥 형상으로 제작한 제2 빌릿(200)을 끼워서 삽입하는 제3단계; 및 상기 제2 빌릿(200)이 삽입된 제1 빌릿(100)을 열간 압출하여 제1 빌릿(100) 두께 내에 제2 빌릿(200)이 심재로서 일체로 이루어져 폭보다 길이가 긴 띠편 형상의 프로파일(300)을 제작하는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 제1 빌릿(100)은 A6063이고, 제2 빌릿(200)은 A7075 또는 A2024인 것을 특징으로 한다.

그리고, 이러한 제조방법으로 제조한 프로파일에는, 제1 빌릿(100)의 폭 단면에 대하여 중앙을 기준으로 양측에 좌우 대칭으로 제2 빌릿(200)이 위치하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 프로파일은, 폭 단면을 기준으로 양측이 서로 마주 보게 휘어진 형상으로 이루어지고, 상기 제2 빌릿(200) 중에서 양쪽에 위치한 것은 각각 휘어지는 부분에 일체로 압출하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 삽입 홀(110)은 2~4개인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 이러한 제조방법으로 제조한 알루미늄 프로파일을 포함한다.

또한, 온도 177±10℃에서 8~24시간 동안 열처리하는 제5단계를 더 실시하는 것을 특징으로 한다.

마지막으로, 상기 삽입 홀(110)과 제2 빌릿(200)은 각각 원뿔대 형상으로 형성한 것을 특징으로

본 발명의 강성을 강화한 알루미늄 프로파일 및 그 제조 방법에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 프로파일의 외관이 A6000 계열의 알루미늄 복합 소재로 이루어지므로 내식성과 용접성이 우수하고 표면 처리성이 뛰어나 다양한 두께의 프로파일을 제조할 수 있다.

(2) 특히, 본 발명에 따른 프로파일은 그 내부에 외부보다 강한 강성과 기계적 특성을 갖는 A7000 계열의 알루미늄 복합 소재가 심재와 같이 일체로 압출·성형되므로, 표면재(A6000 계열) 보다 강한 심재(A7000 계열)가 갖춰져서 압출물(프로파일)에서 요구하는 강성 및 기계적 특성을 만족하게 할 수 있다.

(3) 심재(A7000 계열)의 개수를 하나 이상 구성하므로 심재의 추가량과 비교하여 이러한 강성이나 중량 그리고 기계적 특성을 프로파일의 사용 용도에 맞게 맞춰서 압출할 수 있다.

(4) 특히, 프로파일의 폭 단면에서 양측 테두리 부분이 아래로 접힌 형상으로 제작하는 경우, 이 접히는 부분에 심재가 일체로 압출되게 함으로써, 상대적으로 약한 접힘 부분이 쉽게 파손되지 않게 강성을 보완할 수 있어 프로파일의 품질을 향상할 수 있다.

(5) 차량·선박·건축·전기·전자·기계 및 육상 구조물 등에 가장 많이 사용하는 A6000 계열의 알루미늄 복합 소재로 표면재로 사용하므로, 다양한 산업 분야에서 여러 가지 종류의 제품에서 요구하는 강성이나 기계적 특성에 맞게 심재의 형성 크기 및 개수 조절을 통해 다양한 분야에서 요구하는 여러 가지 프로파일을 제작할 수 있다.

(6) 이처럼 본 발명에 따른 프로파일은 심재를 통해 얻을 수 있는 프로파일은 A6000 계열이 갖는 표면 처리의 우수성을 이용하여 여러 분야에서 다양하게 요구하는 색상에 맞게 제작하여 공급하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 제1 빌릿의 형상을 보여주기 위한 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 제1 빌릿에 삽입 홀을 가공한 상태를 보여주기 위한 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 제1 빌릿에 삽입 홀을 가공한 상태를 보여주기 위한 평면도.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 삽입 홀에 제2 빌릿을 삽입하는 상태를 보여주기 위한 분해 사시도.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 삽입 홀에 제2 빌릿을 삽입한 상태를 보여주는 사시도.
도 6은 본 발명의 실시예 1에 따라 제작한 프로파일의 사진으로, 제2 빌릿의 직경에 따라 형성된 타원 크기가 달라진 상태를 보여주기 위한 사진.
도 7은 본 발명의 실시예 1에 따라 제작한 프로파일의 다른 예를 보여주는 사진.
도 8은 본 발명의 실시예 1에 따라 제작한 프로파일에서 제1 빌릿과 제2 빌릿의 접합 면을 보여주기 위한 사진.
도 9는 본 발명의 실시예 2에 따라 제작한 제1 빌릿에 2개의 제2 빌릿이 삽입하여 압출하기 전 상태의 빌릿을 보여주는 사시도.
도 10은 본 발명의 실시예 2에서 제1 빌릿의 지름과 제2 빌릿의 지름 그리고 그 사이의 거리 관계를 설명하기 위한 제1 빌릿의 정면도.
도 11은 본 발명의 실시예 2에 따라 2개의 심재(제2 빌릿)을 형성한 폭 단면이 사각인 프로파일을 보여주기 위한 사진.
도 12는 본 발명의 실시예 2에 따라 2개의 심재(제2 빌릿)을 형성한 것으로 양측 테두리 부분이 접힌 형태로 이루어진 프로파일을 보여주기 위한 사진.
도 13은 본 발명의 실시예 3에 따라 제1 빌릿의 삽입 홀과 제2 빌릿을 각각 원뿔대 형상으로 제작한 예를 보여주기 위한 분해 사시도.
도 14는 본 발명에 따라 제1 빌릿(A6063)과 제2 빌릿(A7075)을 판재 형태로 열간 압출한 프로파일의 평행 적층부를 보여주기 위한 사진.
15는 본 발명에 따라 제1 빌릿(A6063)과 제2 빌릿(A7075)을 판재 형태로 열간 압출한 프로파일의 양측 곡률부를 보여주기 위한 사진.
16은 본 발명에 따라 제1 빌릿(A6063)과 제2 빌릿(A7075)을 판재 형태로 열간 압출한 프로파일의 접합 계면에서 관찰된 산화물 전자주사 현미경(SEM-EDAX)의 분석결과를 보여주는 사진 및 그래프.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최고의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 따라 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형례가 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명에 따른 강성을 강화한 알루미늄 프로파일의 제조 방법은, 도 1 내지 도 8과 같이, 다음과 같이 4단계에 걸쳐 수행한다.

제1단계는, 도 1과 같이, 제1 빌릿(100)을 제작하는 단계이다. 이때, 제1 빌릿(100)은 본 발명의 프로파일에서 전체적인 외부 형상을 형성하기 위한 것으로, 바람직하게는 A6000 계열, 가장 바람직하게는 A6063 계열의 알루미늄 복합 소재를 이용한다.

이는, A6000 계열은 Al-Mg-Si계의 알루미늄 복합 소재로, 성형성과 내부식성이 우수하여 건축재료·운반 기구·다리 및 용접 건축물 등 다양한 산업 분야에서 많이 사용하기 때문이다. 그리고, 이 계열의 알루미늄 복합 소재는 표면처리(ANODIZING)를 하면 깨끗한 색상을 쉽게 구현할 수 있어 그 활용 범위도 넓기 때문이다.

또한, A6063 계열의 경우, 압출성과 및 표면 처리성이 좋아 건축용 샷시로 가장 많이 이용하는데, 특히, 복잡한 형태와 생산성을 나타내는 압출 가공성이 우수할 뿐만 아니라 압출할 때 변형 방지를 위하여 강제로 공랭할 수 있는 프레스 ?칭(Press Quenching)이 가능하다. 게다가, 이 계열은 충분한 기계적 성질·양호한 가공성(밴딩·펀칭과 소성가공 등)과 양호한 내식성을 가져 여러 산업 분야에서 가장 보편적으로 많이 사용할 수 있는 소재이기 때문이다.

이러한 제1 빌릿(100)는, 도 1과 같이, 통상의 빌릿(Billet)과 마찬가지로 원기둥 형상으로 제작한다.

제2단계는, 도 2 및 도 3과 같이, 제1 빌릿(100)에 삽입 홀(110)을 가공하는 단계이다. 삽입 홀(110)은 후술할 제3단계와 같이 제2 빌릿(200)을 삽입하기 위한 것이다.

이런 삽입 홀(110)은 제1 빌릿(100)의 중심선을 기준으로 미리 정해진 지름(d)으로 형성한다. 이때의 지름(d)은 제1 빌릿(100)의 지름(D)을 고려하여 결정한다.

즉, 이 삽입 홀(100)의 지름(d)이 커짐에 따라 여기에 끼워지는 제2 빌릿(200)도 비례하여 커지므로, 이 지름(d)을 달리하여 본 발명에 따라 압출을 완료하여 프로파일을 형성하게 되면 도 6과 도 7에서 사각형 단면의 두께 부분에 형성된 타원과 같이, 제2 빌릿(200)의 크기가 다르게 압출된다. 이에, 본 발명에 따른 프로파일이 사용 목적 등에 따라 요구되는 강성과 기계적 특성 등을 고려하여 삽입 홀(100)의 지름(d)를 결정하는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 제1 빌릿(100)은 그 재질로서, A6000 계열 가장 바람직하게는 A6063 계열을 이용하여 제1 빌릿(100)의 지름(D)과 삽입 홀(110)의 지름(d)은 프로파일의 폭과 이 폭 내에 형성하는 심재, 즉 제2 빌릿(200)의 폭에 따라 선택적으로 제작하여 사용한다.

제3단계는, 도 4 및 도 5와 같이, 상술한 삽입 홀(110)에 제2 빌릿(200)을 삽입하는 단계이다. 이때, 상기 제2 빌릿(200)은 A7000 계열 또는 A2000 계열, 가장 바람직하게는 A7075 또는 A2024 알루미늄 복합 소재로 제작하며, 상기 삽입 홀(110)과 같은 크기로 제작하여 삽입한다.

여기서, A7000 계열의 알루미늄 합금 소재는, Al-Zn-Mg계로서, 알루미늄 합금 소재 중에서 가장 강한 강도를 가지나 부식에 대한 내구성이 떨어지는 단점이 있다. 이 계열의 알루미늄 합금 소재는, 주로 항공기·방산소재·스포츠 용품류 등에 많이 사용하고 있으며, 고강도 용접 구조재의 개발로 차량(철도·자동차·이륜차 그리고 농기계 등) 구조재에 많이 이용한다. 그리고, A7075는 반도체 제조 장비·LCD 제조장비·태양전지 패널·로봇·의료 장비·광학 제조장비· 몰드 및 지그·특장차·컨테이너 그리고 선박용재 등 주로 강성을 요구하는 곳에 많이 사용하는 소재이다.

그리고, A2000 계열의 알루미늄 합금 소재는, Al-Cu-Mg계 합금으로, 강도는 강하나 비교적 많은 동(Cu)을 함유하므로 내식성이 떨어지고 부식환경에 노출된 경우에는 방청처리를 충분히 해 줄 필요가 있고, 절삭성은 양호하며, 특히 Pb, Bi를 첨가한 A2011 계열은 뛰어난 절삭효과를 나타낸다. 이 A2000 계열의 알루미늄 합금은 절삭성과 내마모성 등이 요구되는 항공기 재료·방산재료·광학기기품·자동차부품·실린더 헤드·리벳용재와 유압부품 등에 많이 사용한다. 특히, A2024는 초(超)두랄루민(Super Duralumin)이라는 많이 알려진 합금으로, 두랄루민(A2017)을 개량하여 인장 강도를 50㎏/㎟으로 끌어올린 고력 알루미늄 합금이다.

본 발명에서는 이처럼 구조재와 같이 강한 강성을 갖는 계열의 알루미늄 복합 소재를 제2 빌릿(200)으로 채택하고, 이 제2 빌릿(200)이 심재와 같이 제1 빌릿(100)의 두께 중앙 부분에 일체로 압출하여 프로파일의 강성을 향상할 수 있게 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 제2 빌릿(200)의 지름은, 상술한 바와 같이 프로파일에서 요구하는 강성에 따라 달라진다.

제4단계는, 도 6 및 도 7과 같이, 폭보다 길이가 긴 형태의 프로파일을 열간 압출하여 제작하는 단계이다. 이때의 압출기는 통상의 기술로 제작한 것을 사용하여 본 발명에 따른 프로파일을 압출한다. 여기서, 열간 압출은 알루미늄 합금의 열간 압출 온도 범위인 420~520℃에서 수행하는 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 480℃에서 열간 압출한다.

이때, 본 발명에 따른 프로파일은 그 폭 단면이 도 6과 같이 제1 빌릿이 직사각형 형상으로 이루어지면서 그 두께 중앙 부분에 제2 빌릿이 타원 형태가 되게 일체로 압출할 수도 있고, 도 7과 같이 폭 단면의 양쪽 테두리 부분이 접힌 형상 등 다양한 형태로 프로파일을 압출할 수 있다.

이러한 프로파일의 단면 형상은 압출기에 장착하는 지그의 형상에 따라 달라지는데, 이러한 형상 및 지그의 제작 등은 압출 분야에서 통상의 기술로 이루어지는 것으로 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 8은 본 발명의 실시예 1의 제조방법으로 제조한 프로파일의 단면을 보여주는 것으로, 사진에서 회색 부분으로 3단계로 구분된 부분이 프로파일의 전체 두께이며, 중앙 부분이 제2 빌릿이 압출된 부분이다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상술한 바와 같이 압출한 프로파일을 미리 정해진 열처리하는 제5단계를 더 수행할 수 있다. 이때의 열처리 조건은 온도 177±10℃에서 8~24시간 동안 수행한다.

이러한 열처리는 본 발명에 따라 압출한 프로파일의 사용 목적 등에 따라 이루어지는 것으로, 제5단계에서는 제1 빌릿(100)의 표면을 경화 처리한 것이다.

이상과 같이 이루어진 본 발명의 실시예 1에 따른 제조방법은, 다양한 분야에서 여러 가지 형태로 쉽게 제작할 수 있는 A6000 계열의 알루미늄 복합 소재 내부에 강성과 기계적 물성이 우수한 A7000 계열의 알루미늄 복합 소재를 심재와 같이 일체로 압출함으로써, 서로 다른 두 가지 계열의 알루미늄 복합 소재가 갖는 특성을 함께 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 상술한 바와 같은 제조방법으로 제조한 알루미늄 프로파일을 포함한다.

<A6063( 제1빌릿 )과 A7075( 제2빌릿 )로 제작한 프로파일의 기계적 물성 비교>

본 발명에 따라 압출한 프로파일과 한가지 계열로 제작한 종래의 프로파일 간의 기계적 물성을 비교하면 다음의 [표 1]과 같다.

항목	실시예		비교예			KSD
재질	실시예 1	실시 2	A6063-T5	A6063-T5	A6063-T6	A6063-T5	A6063-T6	A7075-T6
인장강도	252	245	195	227	223	147 이상	205.8이상	529.2이상
항복 강도	170	182	144	184	189	107.8이상	176.4이상	460.6이상
연신율(%)	10	17	9	9	13	8 이상	10 이상	7 이상
1) KSD : 한국산업규격(KS:Korean Industrial Standard) 중에서 D(금속 부분)에서 요구하는 기계적 물성값임. 2) 본 발명의 실시 1의 재질은 (A6063+A7075)-T5로, 도 7과 같이 양측 테두리 부분이 굽힌 형상으로 제작한 것임. 3) 본 발명의 실시예 2의 재질은 (A6063+A7075)-T5로, 도 6과 같이 판체 형상으로 제작한 것임. 4) 인장 강도와 항복 강도의 단위는 각각 N/㎟임. 5) 재질에서 "T5"는 고온 가공에 의해 냉각 후, 인공 시효 처리한 것을, "T6"은 용체화 처리 후, 안정화 처리를 한 것을 각각 나타낸다.

위의 [표 1]과 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 및 실시예 2는 모두 그 기계적 물성에서도 한국산업규격(KS)에서 금속 부분에 대하여 정한 물성값(KSD)을 만족하고 있을 뿐만 아니라 비교예와 같이 단일 알루미늄 복합 소재를 사용할 때보다 향상된 기계적 물성을 가진 것을 알 수 있다.

<A6063( 제1빌릿 )과 A7075( 제2빌릿 )로 제작한 프로파일의 조직>

도 14는, 본 발명에 따라 제1 빌릿을 A6063을 이용하고 제2 빌릿을 A7075를 480℃에서 폭보다 길이가 긴 띠편 형상의 판재 형태로 480℃에서 열간 압출하여 얻은 조직 사진을 보여준다.

도 14에서, (a) 내지 (c)는 판재의 중앙 부분(상기 두 합금(A6063과 A7075)이 접하는 부분 중에서 길게 접하는 부분)의 평행하게 적층된 부분으로 켈러(Keller) 부식 후 관찰한 사진이다. 여기서, 도 14(a)는 배율이 1,000배의 연마 조직이며, 사진에서 표시한 길이 단위는 10㎛이다. 도 14(b)는 두 합금 계면의 확산 접합층과 입계로 돌출한 반응층으로 배율이 200배이고, 사진에서 표시한 길이 단위는 50㎛이다. 도 14(c)는 도 14(b)와 마찬가지로 두 합금 계면의 확산 접합층과 입계로 돌출한 반응층으로 그 배율이 1,000배이며, 사진에서 표시한 길이 단위는 10㎛이다.

도 14(a)와 같이, 480℃ 열간 압출로 거의 용융 압착과 같이 하나의 조직과 같이 이루어졌다. 그리고, 한 층의 반응층이 도 14(b) 및 도 14(c)에서 붉은 원으로 표시한 바와 같이 합금 계면에 생성되어 있으며, 반응층은 확산접합의 조직 형태를 보여서 합금 간에는 화학적 결합이 일어났음을 보여준다. 이는 두 합금(A6063과 A7075)의 계면에는 일렬로 늘어선 석출물 또는 개재물이 있었으며 연마상태에서는 개재물 이외에는 양쪽 합금 사이에 계면이 보이지 않았다. 따라서 열간 압출로 두합금의 계면은 한 조직이 되었다고 볼 수 있다.

도 15는, 본 발명에 따라 제1 빌릿을 A6063을 이용하고 제2 빌릿을 A7075를 480℃에서 판재 형태로 480℃에서 열간 압출하여 얻은 조직 사진으로, 판재의 양측 부분(상기 두 합금(A6063과 A7075)이 접하는 부분 중에서 양단 부분)의 굴곡진 부분을 보여준다.

도 15(a) 내지 도 15(c)는 굴곡진 부분을 서로 다른 배율((a)는 50배·(b)는 200배 그리고 (c)는 1,000배)로 확대한 조직 사진이다. 이 부분은 압출 성형한 소재의 두께에 따라 곡률 반경은 달랐으나 곡선 계면이 뚜렷하게 나타나고 두 합금 사이에 계면에 개재물이 아주 많이 나타나는 것을 알 수 있다. 이처럼 개재물이 판재 측면부로 몰린 것은 전단변형이 심하게 일어나는 판재 중심부에서 개재물이 측면으로 이동하여 축적되면서 나타난 결과로 판단된다. 그리고, 고배율로 관찰한바 양쪽 합금은 열간 압출로 한 조직을 이루었으나 측면부 계면 길이의 80% 이상을 개재물이 차지하고 있어서 이 부분은 계면조직의 연속성이 아주 약하다고 판단된다.

도 16은 본 발명에 따라 제1 빌릿(A6063)과 제2 빌릿(A7075)을 판재 형태로 열간 압출한 프로파일의 접합 계면에서 관찰된 산화물 전자주사 현미경(SEM-EDAX) 분석결과를 보여주는 사진 및 그래프이다.

도 16에서 합금 계면을 보여주는 위의 사진을 보면, 본 발명에 따라 제1 빌릿(A6063)과 제2 빌릿(A7075)을 판재는 합금 계면에 한층 결정립으로 이루어진 반응층을 경계로 확산접합 된 양상을 보이고 있다. 그러나, 그 측면부는 계면 개재물이 너무 많아서 합금 사이의 상호 결합력이 약할 것으로 판단된다. 그리고, SEM EDAX 분석결과 합금 계면에 발달한 개재물은, 도 16의 아래 그래프에서 보는 바와 같이, 대부분 Al산화물로 분석되었다.

이러한 조직 검사 결과를 종합하면, 제1 빌릿과 제2 빌릿은, 합금 계면에서 확산접합의 조직 형태를 보이며 잘 융착되었다고 할 수 있다.

<A6063( 제1빌릿 )과 A2024( 제2빌릿 )로 제작한 프로파일의 기계적 물성 비교>

본 발명에 따라 제1 빌릿을 A6000 계열(바람직하게는 A6063 알루미늄)과 제2 빌릿의 재질을 A2000 계열(바람직하게는 A2024 알루미늄)로 제작한 실시예 3 및 실시예 4와 한 가지 재질로 제작한 비교예의 기계적 물성을 비교하면 다음의 [표 1]과 같다.

항목	실시예		비교예			KSD
재질	실시예 3	실시 4	A6063-T5	A6063-T5	A6063-T6	A6063-T5	A6063-T6	A7075-T6
인장강도	247	242	195	227	223	147 이상	205.8이상	529.2이상
항복 강도	172	180	144	184	189	107.8이상	176.4이상	460.6이상
연신율(%)	11	16	9	9	13	8 이상	10 이상	7 이상
1) KSD : 한국산업규격(KS:Korean Industrial Standard) 중에서 D(금속 부분)에서 요구하는 기계적 물성값임. 2) 본 발명의 실시 3의 재질은 (A6063+A2024)-T5로, 도 7과 같이 양측 테두리 부분이 굽힌 형상으로 제작한 것임. 3) 본 발명의 실시예 4의 재질은 (A6063+A2024)-T5로, 도 6과 같이 판체 형상으로 제작한 것임. 4) 인장 강도와 항복 강도의 단위는 각각 N/㎟임. 5) 재질에서 "T5"는 고온 가공에 의해 냉각 후, 인공 시효 처리한 것을, "T6"은 용체화 처리 후, 안정화 처리를 한 것을 각각 나타낸다.

위의 [표 2]와 같이, 본 발명에 따른 실시예 3 및 실시예 4는 그 기계적 물성에서도 한국산업규격(KS)에서 금속 부분에 대하여 정한 물성값(KSD)을 만족하고 있을 뿐만 아니라 비교예와 같이 단일 알루미늄 복합 소재를 사용할 때보다 향상된 기계적 물성을 가진 것을 알 수 있다. 그리고, 실시예 3 및 실시예 4는 실시예 1 및 실시예 2와 동일 유사한 기계적 물성을 나타내어 대체재로서 서로 호환하여 활용할 수 있음을 알 수 있다.

본 발명의 실시예 2에 따른 알루미늄 프로파일의 제조 방법은, 실시예 1과 같게 수행하나 그 차이를 비교해 보면, 도 9 및 도 10과 같이, 제1 빌릿(100')에 두 개의 삽입 홀을 형성하여 2개의 제2 빌릿(200')을 삽입한 것이다.

여기서, 도 10과 같이, 제1 빌릿(100)은 실시예 1에서 사용하는 압출기를 사용하므로 그 지름(D)과 길이 등에 있어서 실시예 1과 동일하다. 그러나, 제2 빌릿(100)은 2개의 삽입 홀에 각각 하나씩 두 개를 삽입하는데, 그 지름(d')을 하나를 형성하는 실시예 1과 달리하는 것이 바람직하다.

이는, 도 11 및 도 12와 같이, 프로파일 내에 2개의 심재(제2 빌릿)을 형성하기 위한 것이다. 그리고, 이처럼 2개의 심재를 형성하는 경우, 실시예 1과 같은 지름으로 제2 빌릿을 형성하는 경우 그 압출 면적이 넓어져서 실시예 1과 같이 하나의 심재처럼 합쳐질 우려가 있다.

따라서, 실시예 2에서는 2개의 제2 빌릿(200')의 지름(d')을 실시예 1의 지름(d)보다 작게 형성하고, 이들 제2 빌릿(200') 사이의 거리(L)를 조절하여 두 개의 심재가 미리 정해진 간격을 두고 형성할 수 있게 하는 것이 바람직하다.

이때의 지름(d')은, 심재(제2 빌릿)의 폭(타원형의 경우 장축의 길이)을 결정ㅎ게 되며, 거리(L)는 도 11 및 도 12와 같이, 심재(제2 빌릿) 사이의 거리를 결정하므로 프로파일에서 요구하는 특성에 맞게 조절하여 압출할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 2개의 제2 빌릿(200')은 제1 빌릿(100')의 지름 위에 그 중심을 기준으로 좌우 대칭되게 배치하는 것이 바람직하다. 이는 두 개의 심재가 본 발명에 따라 압출할 프로파일의 폭 내부에 대칭인 형태로 압출될 수 있게 한 것이다. 물론, 비대칭 형태로 배치하더라도 상관은 없다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 제2 빌릿(200')은 2개를 삽입한 것으로 설명하고 있으나, 프로파일의 폭에 따라서는 그 이상 삽입하여 제작할 수도 있다. 이에, 예시적으로, 상기 제2 빌릿(200')은 2~4개를 삽입하여 프로파일의 폭에 대하여 4개가 나란하게 배치되게 일체로 압출한다.

한편, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에서, 상기 제2 빌릿(200')은 도 12와 같이, 프로파일의 단면 형상에서 양측 테두리 부분이 접힌 형상으로 이루어지는 경우, 이 접히는 부분에 위치하도록 구성할 수도 있다. 이는, 모바일 케이스와 같이 그 폭 단면을 "┏┓" 형상으로 제작하는데 이때 그 꺽인 부분에 심재(제2 빌릿)이 삽입되게 압출함으로써 이 부분의 강성을 보완할 수 있게 하기 위한 것이다.

그리고, 본 발명은 실시예 2에 따라 제작한 프로파일을 포함한다.

본 발명의 실시예 3에 따른 알루미늄 프로파일의 제조 방법은, 도 13과 같이 다른 실시예와 비교할 때, 제1 빌릿(100")에 형성하는 삽입 홀(110")의 형상과 제2 빌릿(200")의 형상에서 차이가 있다.

즉, 도 13과 같이, 실시예 3에서, 제2 빌릿(200")은 원뿔대 형상으로 제작하고, 삽입 홀(110")은 이 원뿔대 형상이 끼워질 수 있는 크기의 원뿔대 형상으로 제작한 것이다.

이는 실시예 1 및 실시예 2와 같이, 원기둥 형상으로 삽입홀(110)과 제2 빌릿(200,200')을 제작하는 경우, 프로파일을 성형할 때 이 제2 빌릿(200,200')이 끼워진 제1 빌릿(100,100')으로 알루미늄 프로파일을 제작해 감에 따라 제1 빌릿(100,100')의 소모량보다 제2 빌릿(200,200')의 소모량이 많아지는 현상이 발생한다.

이런 현상은, 처음 알루미늄 프로파일을 제작할 때는 설계도대로 제1 빌릿(100,100') 내에 제2 빌릿(200,200')이 설계한 두께대로 제작되었다. 그러나, 이 제1 빌릿(100,100')이 점차 소진되어감에 따라 제2 빌릿(200,200')이 설계한 것보다 두께가 얇고 폭이 좁아지는 현상이 발생하였다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 실시예 3에서는 제2 빌릿(200")을 원뿔대 형상으로 제작함으로써, 제2 빌릿(200")이 소진되어 가더라도 일정량만큼 계속 공급하여 균질의 알루미늄 프로파일을 얻을 수 있게 하기 위한 것이다.

100, 100', 100" : 제1 빌릿
110, 110": 삽입 홀
200, 200', 200" : 제2 빌릿

Claims (12)

1. A6000 계열의 알루미늄 복합 소재로 원기둥 형상의 제1 빌릿(100)을 제작하는 제1단계;
   상기 제1 빌릿(100)의 중심선을 따라 원기둥 형상의 삽입 홀(110)을 가공하는 제2단계;
   상기 삽입 홀(110)에 A7000 계열 또는 A2000 계열의 알루미늄 복합 소재로 원기둥 형상으로 제작한 제2 빌릿(200)을 끼워서 삽입하는 제3단계; 및
   상기 제2 빌릿(200)이 삽입된 제1 빌릿(100)을 열간 압출하여 제1 빌릿(100) 두께 내에 제2 빌릿(200)이 심재로서 일체로 이루어져 폭보다 길이가 긴 띠편 형상의 프로파일(300)을 제작하는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 강성을 강화한 알루미늄 프로파일의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 빌릿(100)은 A6063이고,
   상기 제2 빌릿(200)은 A7075 또는 A2024인 것을 특징으로 하는 강성을 강화한 알루미늄 프로파일의 제조 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제2 빌릿(200)은 제1 빌릿(100)의 두께 중앙 부분에 타원 형상으로 넓게 펼쳐져서 제1 빌릿(100)과 일체로 압출되는 것을 특징으로 하는 강성을 강화한 알루미늄 프로파일의 제조 방법.
4. 제3항에 의한 제조방법으로 제조한 알루미늄 프로파일.
5. A6000 계열의 알루미늄 복합 소재로 원기둥 형상의 제1 빌릿(100)을 제작하는 제1단계;
   상기 제1 빌릿(100)의 원형 단면의 지름에 좌우 대칭이 되게 원기둥 형상의 삽입 홀(110)을 적어도 두 개 가공하는 제2단계;
   상기 각 삽입 홀(110)에 A7000 계열 또는 A2000 계열의 알루미늄 복합 소재로 원기둥 형상으로 제작한 제2 빌릿(200)을 끼워서 삽입하는 제3단계; 및
   상기 제2 빌릿(200)이 삽입된 제1 빌릿(100)을 열간 압출하여 제1 빌릿(100) 두께 내에 제2 빌릿(200)이 심재로서 일체로 이루어져 폭보다 길이가 긴 띠편 형상의 프로파일(300)을 제작하는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 강성을 강화한 알루미늄 프로파일의 제조 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1 빌릿(100)은 A6063이고,
   제2 빌릿(200)은 A7075 또는 A2024인 것을 특징으로 하는 강성을 강화한 알루미늄 프로파일의 제조 방법.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
   상기 제조방법으로 제조한 프로파일에는, 제1 빌릿(100)의 폭 단면에 대하여 중앙을 기준으로 양측에 좌우 대칭으로 제2 빌릿(200)이 위치하는 것을 특징으로 하는 강성을 강화한 알루미늄 프로파일의 제조 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 프로파일은, 폭 단면을 기준으로 양측이 서로 마주 보게 휘어진 형상으로 이루어지고, 상기 제2 빌릿(200) 중에서 양쪽에 위치한 것은 각각 휘어지는 부분에 일체로 압출하여 이루어진 것을 특징으로 하는 강성을 강화한 알루미늄 프로파일의 제조 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 삽입 홀(110)은 2~4개인 것을 특징으로 하는 강성을 강화한 알루미늄 프로파일의 제조 방법.
10. 제9항에 의한 제조방법으로 제조한 알루미늄 프로파일.
11. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    온도 177±10℃에서 8~24시간 동안 열처리하는 제5단계를 더 실시하는 것을 특징으로 하는 강성을 강화한 알루미늄 프로파일의 제조 방법.
12. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 삽입 홀(110)과 제2 빌릿(200)은 각각 원뿔대 형상으로 형성한 것을 특징으로 하는 강성을 강화한 알루미늄 프로파일의 제조 방법.

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