KR101540648B1 - 알루미늄-스칸디움합금을 이용한 고강도 알루미늄 변압기 케이스의 제조방법 - Google Patents

알루미늄-스칸디움합금을 이용한 고강도 알루미늄 변압기 케이스의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 변압기 케이스 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 내부에 각종 전기설비가 내장되어 있는 변압기 케이스를 가벼우면서도 고강도의 성능을 갖도록 제작하고, 내식성 및 방열성을 향상시킬 수 있는 알루미늄-스칸디움합금을 이용한 고강도 알루미늄 변압기 케이스의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 알루미늄-스칸디움합금을 이용한 고강도 알루미늄 변압기 케이스는, 내부에 각종 전기설비가 설치된 변압기 케이스에 있어서, 상기 변압기 케이스는, 알루미늄-스칸디움합금으로 이루어진 평판 형상의 금속코어부재와; 상기 금속코어부재의 표면에 형성된 산화알루미늄(Al2O3)층으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

알루미늄-스칸디움합금을 이용한 고강도 알루미늄 변압기 케이스의 제조방법 { MANUFACTURING METHOD OF HIGH STRENGTH ALUMINUM TRANSFOMER CASE USING ALUMINUM-SCANDIUM ALLOY }
본 발명은 변압기 케이스의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 내부에 각종 전기설비가 내장되어 있는 변압기 케이스를 가벼우면서도 고강도의 성능을 갖도록 제작하고, 내식성 및 방열성을 향상시킬 수 있는 알루미늄-스칸디움합금을 이용한 고강도 알루미늄 변압기 케이스의 제조방법에 관한 것이다.
빌딩이나, 아파트, 공장 등에는 많은 전력을 소모하게 되므로, 자체의 변압기를 설치하여 특고압으로 공급되는 전력을 변전하여 사용하여야 한다.
이러한 통상의 수변전 시설에서 사용하는 변압기는 옥외에 노출되어 설치되므로 변압기를 보호하고 외부로 노출되는 것을 방지하기 위하여 케이스를 씌우게 된다.
종래의 일반적인 변압기 케이스는 견고함을 보장하기 위해 강철 등의 재질로 로 이루어지고, 내식성 방지를 위해 피막처리를 한다.
또한, 변압기 케이스 내부에 배치되는 각종 전기설비에서 발생되는 열을 외부로 방출시키기 위해 냉각핀 등이 설치되어 있기도 한다.
그러나, 강철로 이루어진 종래의 변압기 케이스는 강도를 높이는데 한계가 있고, 또한 강철로 이루어져 매우 무거우며, 내부열을 외부로 방출시키기 위해 별도의 냉각핀 등을 설치하여야 하는 등의 단점이 있었다.
대한민국 공개특허 제10-2009-0078461호
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 변압기 케이스를 알루미늄-스칸디움합금으로 제작하여 가벼우면서도 동시에 고강도의 효과를 얻을 수 있고, 별도의 냉각핀 없이도 내식성 및 방열성 등의 효과를 얻을 수 있는 알루미늄-스칸디움합금을 이용한 고강도 알루미늄 변압기 케이스의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 알루미늄-스칸디움합금을 이용한 고강도 알루미늄 변압기 케이스는, 내부에 각종 전기설비가 설치된 변압기 케이스에 있어서, 상기 변압기 케이스는, 알루미늄-스칸디움합금으로 이루어진 평판 형상의 금속코어부재와; 상기 금속코어부재의 표면에 형성된 산화알루미늄(Al2O3)층으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 산화알루미늄층에는 다수개의 기공이 형성되어 있고, 상기 기공은 봉공처리되어 있다.
상기 산화알루미늄층의 표면에 코팅된 넌스틱(Non-stick)코팅층을 더 포함하여 이루어진다.
또한 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 알루미늄-스칸디움합금을 이용한 고강도 알루미늄 변압기 케이스의 제조방법은, 내부에 각종 전기설비가 설치된 변압기 케이스의 제조방법에 있어서, 물과 황산과 알루미늄이 혼합된 수용액에 알루미늄-스칸디움합금과 카본전극을 침지시키고, 상기 알루미늄-스칸디움합금을 양극에 고정하고 상기 카본전극을 음극에 고정하는 설치단계와; 전기를 인가하여 상기 알루미늄-스칸디움합금의 표면에 산화알루미늄(Al2O3)층을 형성하는 전기분해단계;를 포함하여 이루어지되, 상기 산화알루미늄층에는 다수개의 기공이 형성되고, 상기 전기분해단계에서는 주기적으로 상기 수용액에 충전된 전기를 방전시켜 기공이 형성된 상기 산화알루미늄층을 두껍게 성장시키는 것을 특징으로 한다.
상기 전기분해단계에서는 일정시간동안 직류를 인가하다가, 미리 설정된 주기별로 교류를 인가하여 상기 수용액에 충전된 전기를 방전시킨다.
상기 설치단계 이전에, 상기 알루미늄-스칸디움합금을 450~500℃로 가열한 후 급속히 3~7℃로 냉각시키고, 다시 110~130℃로 24시간 가열하여 후경화시키는 열처리단계를 더 포함하여 이루어진다.
상기 전기분해단계 이후에 수행되는, 봉공처리액으로 상기 산화알루미늄층에 형성된 기공을 봉공하는 봉공단계와; 봉공처리된 산화알루미늄층의 표면에 넌스틱(Non-stick)코팅을 하는 넌스틱코팅단계;를 더 포함하여 이루어진다.
상기 봉공처리액은 니켈아세테이트이다.
상기 전기분해단계와 봉공단계 사이에서, 상기 기공에 염료를 충진시키는 염료충진단계를 더 포함하여 이루어지되, 상기 봉공처리액은 투명 재질로 이루어져 상기 염료의 색깔이 상기 봉공처리액을 투과하여 외부로 표현된다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 알루미늄-스칸디움합금을 이용한 고강도 알루미늄 변압기 케이스의 제조방법에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
변압기 케이스의 뼈대를 이루는 금속코어부재를 알루미늄-스칸디움합금으로 제작함으로써, 무게가 가벼우면서도 동시에 고강도의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 금속코어부재의 표면에 산화알루미늄층을 형성함으로써, 별도의 냉각핀 없이도 우수한 내식성 및 방열성 등의 효과를 얻을 수 있다.
뿐만 아니라, 산화알루미늄층에 형성된 기공에 염료를 충진시켜 다양한 문자 등을 변압기 케이스에 표시할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 변압기 케이스의 사시도,
도 2는 도 1의 A-A'선을 취하여 본 단면구조도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 변압기 케이스 제조방법의 순서도,
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 변압기 케이스의 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A'선을 취하여 본 단면구조도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 변압기 케이스 제조방법의 순서도이다.
본 발명의 알루미늄-스칸디움합금을 이용한 고강도 알루미늄 변압기 케이스는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 내부에 각종 전기설비(60)가 설치된 변압기 케이스(1)에 관한 것이다.
본 발명의 상기 변압기 케이스(1)는, 도 2에 도시된 바와 같이 금속코어부재(10)와 산화알루미늄(Al2O3)층(20)과 넌스틱코팅층(40)으로 이루어진다.
상기 금속코어부재(10)는 알루미늄-스칸디움합금으로 이루어지고 넓은 평판 형상으로 이루어져 있다.
상기 변압기 케이스(1)의 뼈대를 이루는 상기 금속코어부재(10)가 알루미늄-스칸디움합금으로 이루어짐으로써, 종래의 강철보다 가벼우면서도 높은 강성 및 강도를 가지도록 할 수 있고 이로 인해 변압기 케이스(1)가 외력에 의해 쉽게 파손되거나 변형되는 것을 방지할 수 있다.
상기 산화알루미늄층(20)은 상기 금속코어부재(10)의 표면에 형성된 것으로써, 상기 산화알루미늄층(20)에는 다수개의 기공(21)이 형성되어 있다.
위와 같이 알루미늄-스칸디움합금으로 이루어진 상기 금속코어부재(10)의 표면에 상기 산화알루미늄층(20)을 형성함으로써, 변압기 케이스(1)의 내식성을 높일 수 있다.
뿐만 아니라 상기 산화알루미늄층(20)은 열전도도 및 열방사도가 높은데, 이로 인해 상기 변압기 케이스(1) 내부에 존재하는 각종 전기설비(60)에서 발생되는 열을 외부로 보다 신속하고 효과적으로 방출시켜, 변압기 케이스(1) 내부의 온도가 높게 올라가는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 산화알루미늄층(20)에 의해 상기 변압기 케이스(1) 내부의 수분을 흡착시켜 상기 변압기 케이스(1) 내부의 수분을 조절할 수도 있다.
상기 기공(21)은 봉공처리액(30)으로 봉공된다.
이때, 상기 기공(21)의 내부에는 색깔이 있는 염료(22)가 충진된 후 상기 봉공처리액(30)이 상기 기공(21)을 봉공할 수도 있다.
위와 같이 상기 기공(21)에 염료(22)를 충진함으로써, 상기 변압기 케이스(1)의 표면에 문자(50) 등을 쉽게 표시할 수 있다.
상기 넌스틱코팅층(40)은 상기 산화알루미늄층(20)의 표면에 코팅되어 형성된다.
상기 넌스틱코팅층(40)에 의해 상기 변압기 케이스(1)의 표면에 이물질 등이 부착되는 것을 방지할 수 있다.
상기 넌스틱코팅층(40)도 상기 봉공처리액(30)과 같이 투명한 재질로 이루어지도록 함이 바람직하다.
위와 같은 본 발명의 알루미늄-스칸디움합금을 이용한 고강도 알루미늄 변압기 케이스는 아래와 같은 방법에 의해 제조된다.
본 발명의 변압기 케이스 제조방법은 도 3에 도시된 바와 같이, 열처리단계(S1)와, 설치단계(S2)와, 전기분해단계(S3)와, 염료충진단계(S4)와, 봉공단계(S6)와, 넌스틱코팅단계(S7)를 포함하여 이루어진다.
상기 열처리단계(S1)는, 가장 먼저 판재 형상을 갖는 상기 알루미늄-스칸디움합금을 변압기 제작크기에 맞추어 절단하고 회전 접마찰 용접을 한다.
그 후, 상기 알루미늄-스칸디움합금을 450~500℃로 가열한 후 급속히 3~7℃로 냉각시키고, 이를 다시 110~130℃로 약 24시간 가열하여 후경화시키는 단계이다.
상기 열처리단계(S1)에서는 1차로 450~500℃로 가열한 후 3~7℃로 급속히 냉각시킴으로써, 알루미늄-스칸디움합금을 연질화시킨다.
그 후 이를 110~130℃로 약 24시간 가열함으로써 고강도합금으로 경질화시키게 된다.
상기 설치단계(S2)에서는, 물과 황산과 알루미늄이 혼합된 수용액이 수용된 수조에 상기 열처리단계(S1)를 마친 상기 알루미늄-스칸디움합금과 카본전극을 침지시킨다.
그리고, 상기 수용액에 침지된 상기 알루미늄-스칸디움합금을 양극에 고정하고 상기 카본전극을 음극에 고정한다.
상기 수용액에 혼합된 황산은 전기전도도를 높이는 역할을 한다.
상기 전기분해단계(S3)는 전기를 인가하여 상기 알루미늄-스칸디움합금의 표면에 산화알루미늄층(20)을 형성하는 단계이다.
위와 같은 상기 전기분해단계(S3)에 의해 상기 알루미늄-스칸디움합금의 표면에는 상기 산화알루미늄층(20)이 형성되고, 또한 전기분해를 통해 형성된 상기 산화알루미늄층(20)에는 상술한 바와 같은 다수개의 기공(21)이 형성된다.
그리고, 상기 전기분해단계(S3)에서는 주기적으로 상기 수용액에 충전된 전기를 방전시키도록 한다.
상기 전기분해단계(S3)에서는 직류를 인가하여야 하는데, 위와 같이 상기 수용액에 충전된 전기를 주기적으로 방전시킴으로써, 상기 수용액에 직류전류가 계속적으로 충전되어 폭발되는 것을 방지할 수 있다.
바람직하게는, 상기 전기분해단계(S3)에서 일정시간동안 직류를 인가하다가, 미리 설정된 주기별로 교류를 인가하여 상기 수용액에 충전된 전기를 방전시키도록 함이 바람직하다.
위와 같은 상기 전기분해단계(S3)에 의해 상기 산화알루미늄층(20)의 두께를 두껍게 성장시킬 수 있고, 이를 통해 상기 기공(21)의 길이도 길게 성장시킬 수 있다.
상기 염료충진단계(S4)는 상기 기공(21)에 색깔을 갖는 염료(22)를 충진시키는 단계이다.
상기 염료충진단계(S4)에서는 다수개의 기공 중에 특정 기공(21)에만 염료(22)를 충진시켜 다양한 문자(50) 등이 변압기 케이스(1)의 표면에 표시되도록 할 수 있다.
즉, 문자(50)로 표현하고자하는 부위에 존재하는 기공(21)에 염료(22)를 충진시켜, 외부에서 변압기 케이스(1)에 상기 기공(21)에 충진된 염료(22)에 의해 문자(50)를 볼 수 있도록 한다.
위와 같이 상기 기공(21)에 염료(22)를 충진함으로써, 상기 변압기 케이스(1)에 문자(50) 등을 쉽게 표시할 수 있다.
상기 봉공단계(S6)는 상기 전기분해단계(S3)에 의해 상기 산화알루미늄층(20)에 형성된 기공(21)을 봉공처리액(30)으로 봉공하는 단계이다.
상기 봉공처리액(30)은 투명재질의 니켈아세테이트 등으로 이루어짐이 바람직하다.
위와 같이 상기 봉공처리액(30)이 투명 재질로 이루어짐으로써, 상기 기공(21)에 충진되어 있는 염료(22)의 색깔이 상기 봉공처리액(30)을 투과하여 외부로 표현되도록 할 수 있다.
경우에 따라 상기 염료충진단계(S4)없이 상기 전기분해단계(S3) 이후에 곧바로 상기 봉공단계(S6)를 수행할 수도 있다.
이러한 상기 봉공단계(S6)에 의해 상기 기공(21)에 이물질 등이 유입되는 것을 방지할 수 있다.
상기 넌스틱코팅단계(S7)는 상기 기공(21)이 봉공처리된 산화알루미늄층(20)의 표면에 넌스틱(Non-stick)코팅을 하는 단계이다.
넌스틱코팅에 대해서는 종래의 공지된 방법을 사용하면 충분한 바, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이러한 상기 넌스틱코팅단계(S7)에 의해 형성된 넌스틱코팅층(40)에 의해 상기 변압기 케이스(1)의 표면에 이물질 등이 부착되는 것을 방지할 수 있다.
이때, 상기 넌스틱코팅층(40)은 상기 봉공처리액(30)과 같이 투명한 재질로 이루어지도록 하여, 상기 염료(22)가 상기 봉공처리액(30)과 넌스틱코팅층(40)을 투과하여 외부에서 문자(50)로 표시될 수 있도록 한다.
위와 같이 본 발명의 변압기 케이스(1)는 알루미늄-스칸디움합금을 사용하기 때문에 고강도를 얻어 외력에 의해 쉽게 변형되는 것을 방지할 수 있고, 상기 산화알루미늄층(20)에 의해 내식성 뿐만 아니라 열전도 및 열방사 효과를 얻을 수 있어 변압기 케이스(1) 내부의 온도가 고온으로 되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 염료(22)를 기공(21)에 충진시켜 변압기 케이스(1)의 표면에 표시하여야 하는 다양한 문자(50) 등이 쉽게 박리되거나 지워지는 것을 방지할 수 있다.
본 발명인 알루미늄-스칸디움합금을 이용한 고강도 알루미늄 변압기 케이스의 제조방법은 전술한 실시예에 국한하지 않고, 본 발명의 기술 사상이 허용되는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
1 : 변압기 케이스,
10 : 금속코어부재, 20 : 산화알루미늄층, 21 : 기공, 22 : 염료,
30: 봉공처리액, 40 : 넌스틱코팅층, 50 : 문자, 60 : 전기설비,
S1 : 열처리단계, S2 : 설치단계, S3 : 전기분해단계, S4 : 염료충진단계, S6 : 봉공단계, S7 : 넌스틱코팅단계.

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 내부에 각종 전기설비가 설치된 변압기 케이스의 제조방법에 있어서,
    물과 황산과 알루미늄이 혼합된 수용액에 알루미늄-스칸디움합금과 카본전극을 침지시키고, 상기 알루미늄-스칸디움합금을 양극에 고정하고 상기 카본전극을 음극에 고정하는 설치단계와;
    전기를 인가하여 상기 알루미늄-스칸디움합금의 표면에 산화알루미늄(Al2O3)층을 형성하는 전기분해단계;를 포함하여 이루어지되,
    상기 산화알루미늄층에는 다수개의 기공이 형성되고,
    상기 전기분해단계에서는 일정시간동안 직류를 인가하다가, 미리 설정된 주기별로 교류를 인가하여 상기 수용액에 충전된 전기를 주기적으로 방전시켜, 기공이 형성된 상기 산화알루미늄층을 두껍게 성장시키는 것을 특징으로 하는 알루미늄-스칸디움합금을 이용한 고강도 알루미늄 변압기 케이스의 제조방법.
  5. 삭제
  6. 청구항4에 있어서,
    상기 설치단계 이전에,
    상기 알루미늄-스칸디움합금을 450~500℃로 가열한 후 급속히 3~7℃로 냉각시키고, 다시 110~130℃로 24시간 가열하여 후경화시키는 열처리단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 알루미늄-스칸디움합금을 이용한 고강도 알루미늄 변압기 케이스의 제조방법.
  7. 청구항4에 있어서,
    상기 전기분해단계 이후에 수행되는,
    봉공처리액으로 상기 산화알루미늄층에 형성된 기공을 봉공하는 봉공단계와;
    봉공처리된 산화알루미늄층의 표면에 넌스틱(Non-stick)코팅을 하는 넌스틱코팅단계;를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 알루미늄-스칸디움합금을 이용한 고강도 알루미늄 변압기 케이스의 제조방법.
  8. 청구항7에 있어서,
    상기 봉공처리액은 니켈아세테이트인 것을 특징으로 하는 알루미늄-스칸디움합금을 이용한 고강도 알루미늄 변압기 케이스의 제조방법.
  9. 청구항7에 있어서,
    상기 전기분해단계와 봉공단계 사이에서,
    상기 기공에 염료를 충진시키는 염료충진단계를 더 포함하여 이루어지되,
    상기 봉공처리액은 투명 재질로 이루어져 상기 염료의 색깔이 상기 봉공처리액을 투과하여 외부로 표현되는 것을 특징으로 하는 알루미늄-스칸디움합금을 이용한 고강도 알루미늄 변압기 케이스의 제조방법.

KR1020150015480A 2015-01-30 2015-01-30 알루미늄-스칸디움합금을 이용한 고강도 알루미늄 변압기 케이스의 제조방법 KR101540648B1 (ko)

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