KR101693514B1 - 전기강판용 Fe-Ni-P 합금 다층 강판 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 Fe-Ni-P 합금 다층 강판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 구현예는 전체 100중량%에 대해, Ni: 30 내지 85중량%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 Fe-Ni 합금층; 및 전체 100중량%에 대해, P: 6 내지 12중량%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 Fe-P 합금층; 을 포함하고, 상기 Fe-Ni 합금층과 상기 Fe-P 합금층은 교대로 수 회 적층된 것인 Fe-Ni-P 합금 다층 강판을 제공한다.
본 발명의 일 구현예는 전체 100중량%에 대해, Ni: 30 내지 85중량%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 Fe-Ni 합금층; 및 전체 100중량%에 대해, P: 6 내지 12중량%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 Fe-P 합금층; 을 포함하고, 상기 Fe-Ni 합금층과 상기 Fe-P 합금층은 교대로 수 회 적층된 것인 Fe-Ni-P 합금 다층 강판을 제공한다.
Description
본 발명의 일 구현예는 Fe-Ni-P 합금 다층 강판 및 이의 제조방법에 관한
것이다.
통상적으로 강판은 제선, 제강, 열연, 냉연, 소둔 공정을 거쳐 제조되는데, 공정의 제약으로 인해 구현할 수 있는 물성에 제약이 있다. 구체적으로는, 각 공정을 통과하기 위해서는 철 이외에 첨가될 수 있는 성분 원소에 제약이 있고, 압하율 제어 정밀도의 한계로 인해 강판 두께의 하향에 제약이 있을 수 있다. 이는 비정질이나 나노 결정질과 같은 구조는 구현할 수 없기 때문이다.
특히, 전기강판은 철(Fe)을 주 구성원소로 포함하는 연자성 소재로서, 철손(core loss)를 줄이기 위해서는 규소와 같이 비저항을 높일 수 있는 원소를 첨가해야 한다. 더해서, 강판의 두께를 줄이고 절연 후 적층하여 사용해야 하고, 비정질 및 나노 결정질 구조를 구현하는 것이 이상적이지만, 통상적인 강판 제조공정에서는 상기 이상적인 조건을 구현하는 데 한계가 있다.
이러한 통상적인 강판 제조의 한계를 극복할 수 있는 제조방법으로서 전기주조(electroforming)가 있다. 전기주조는 기판에 전기도금 후 도금층을 떼어내서 소재로 제조하는 방법으로서, 통상적인 공정을 거치지 않기 때문에 기존에 제약이 있었던 원소를 첨가할 수 있다. 또한, 전착량 제어가 용이한 도금의 특성상 쉽게 박물화가 가능하며, 용융 및 냉각 공정을 거치지 않기 때문에 비정질 및 나노 결정질과 같은 구조를 쉽게 구현할 수 있는 장점이 있다. 위와 같이 상술된 전기주조법의 기본적인 원리는 대한민국 특허공개공보 제 2010-0134595호에 상술되어 있다.
한편, 서로 다른 합금층을 순차적으로 적층시켜 복합적인 성능을 부여하려 할 경우, 두꺼운 합금층의 형성을 위해서 여러 비철금속에 대해 전기도금 대신 용융도금이 사용되지만, 철의 경우 녹는점이 매우 높아 용융도금을 적용하는 데에 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 이종금속 또는 성분이 다른 철계 합금 사이를 용접하여 접합하는 방법을 통상적으로 이용하고 있다. 다만, 용접하여 2종의 합금을 적층할 경우, 판재 전면에 걸쳐 충분한 결합력을 유지하기가 어렵고 용접부의 열변형으로 인해 기계적 특성이 저하될 수 있다. 자성 소재의 경우 열변형 및 응력에 예민한 자기적 특성이 급격히 저하되는 문제도 발생할 수 있다.
다수의 결합된 금속 박판이 필요한 전자파 실드재 등의 경우 우회적인 방법으로 철-니켈 금속박과 수지층을 반복 적층하여 제작하는 경우가 있다. 이는 대한민국 특허공개공보 제 2001-0082391호에 상술되어 있다.
하지만 이 경우 수지층과 금속층의 변형률 차이로 인하여 실제 제품 형태를 얻기 위한 프레스 가공시 적층된 금속박 복합체에 균열이 발생하여 이용이 어려운 문제점이 있다. 또한 자기적 특성을 가지지 못하는 수지층의 존재로 인하여 동일 규격의 제품 제작 시 일반 금속층만으로 적층된 소재 대비 철손과 자속 밀도 모두 열화되는 문제점이 있다.
더해서, 다량의 인(P)을 포함하는 경우에는 취성이 높으므로, 통상의 압연공정을 통해 금속 박막의 형성 및 다층 강판의 생산이 불가능하다. 대한민국등록특허 10-1504131의 경우 Fe와 Fe-P분말을 이용하여 Fe와 Fe-P의 복합구조 다층강판을 제조하는 방법을 제공하고 있다. 다만, 상기의 경우 예비 소결을 통해 생산한 성형체를 다시 열간 압연하고 최종 열처리까지 거쳐야 하는 복잡한 공정이 필요한 단점이 있다. 또한, 상기 열처리 과정에서 Fe-P의 자기적 특성과 기계적 특성을 동시에 저하시키는 Fe2P, Fe3P 석출상의 형성을 막을 수 없으므로 자기적 특성 및 기계적 특성 확보에 한계가 있다.
Fe-Ni-P 합금 다층 강판 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 구현예인 Fe-Ni-P 합금 다층 강판은, 전체 100중량%에 대해, Ni: 30 내지 85중량%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 Fe-Ni 합금층; 및 전체 100중량%에 대해, P: 6 내지 12중량%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 Fe-P 합금층; 을 포함하고, 상기 Fe-Ni 합금층과 상기 Fe-P 합금층은 교대로 수 회 적층된 것일 수 있다.
상기 Fe-P 합금층은 비정질의 기지 조직을 가지고, 상기 합금층의 미세조직 전체 부피 100%에 대해, Fe2P상, Fe3P상, 또는 이들의 조합을 5% 미만으로 포함할 수 있다. 상기 Fe-P 합금층의 미세조직 전체 부피 100%에 대해, 10nm 이하의 결정립을 50% 미만으로 포함할 수 있다.
상기 Fe-Ni 합금층은 비정질의 기지 조직을 가지고, 상기 Fe-Ni 합금층의 미세조직 전체 부피 100%에 대해, 10nm 이하의 결정립을 50% 미만으로 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예인 Fe-Ni-P 합금 다층 강판의 제조방법은, 전기주조용 기판을 준비하는 단계; 상기 전기주조용 기판의 표면에 Fe-Ni 합금층을 전착하는 단계; 상기 Fe-Ni 합금층의 표면에 Fe-P 합금층을 전착하는 단계; 상기 Fe-Ni 합금층을 전착하는 단계 및 상기 Fe-P 합금층을 전착하는 단계를 교대로 반복하여 상기 2종의 합금층을 다층으로 적층하는 단계; 및 상기 2종의 합금층이 교대로 적층된 다층 강판을 전기주조용 기판에서 박리하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 전기주조용 기판의 표면에 Fe-Ni 합금층을 전착하는 단계;는, 철 화합물 및 니켈 화합물을 포함하는 도금 용액을 준비하는 단계; 상기 도금 용액에 전류를 인가하는 단계; 및 상기 인가된 전류에 의해 철 및 니켈 이온이 환원되어 상기 전기주조용 기판의 표면에 Fe-Ni 합금층을 전착하는 단계; 를 포함할 수 있다.
철 화합물 및 니켈 화합물을 포함하는 도금 용액을 준비하는 단계;에서, 상기 철 화합물은 FeSO4, Fe(SO3NH2)2, FeCl2, Fe분말, 또는 이들의 조합일 수 있고, 상기 도금 용액 내 철 화합물의 농도는 0.5 내지 4.0M 일 수 있다.
철 화합물 및 니켈 화합물을 포함하는 도금 용액을 준비하는 단계;에서, 상기 니켈 화합물은 NiSO4, NiCl2, 또는 이들의 조합일 수 있고, 상기 도금 용액 내 니켈 화합물의 농도는 0.1 내지 3.0M 일 수 있다.
철 화합물 및 니켈 화합물을 포함하는 도금 용액을 준비하는 단계;에서, 상기 도금 용액은 첨가제를 포함할 수 있고, 상기 도금 용액 내 첨가제의 농도는 0.001 내지 0.1M 일 수 있다. 또한, 상기 첨가제는 글리콜릭산, 사카린, 베타-알라닌, DL-알라닌, 호박산, 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 도금 용액의 pH 범위는 1 내지 4일 수 있고, 상기 도금 용액의 온도는 30 내지 100℃일 수 있다.
상기 도금 용액에 전류를 인가하는 단계; 에서, 상기 전류는 직류 전류 또는 펄스 전류일 수 있고, 상기 전류의 전류 밀도는 1 내지 100A/dm2일 수 있다.
상기 인가된 전류에 의해 철 및 니켈 이온이 환원되어 상기 전기주조용 기판의 표면에 Fe-Ni 합금층을 전착하는 단계;에 의해, 상기 전기주조용 기판의 표면에 전착된 Fe-Ni 합금층의 두께는 0.1 내지 1000㎛일 수 있다.
또한, 상기 전기주조용 기판의 표면에 전착된 Fe-Ni 합금층 전체 100중량%에 대해, Ni: 30 내지 85중량%, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
상기 Fe-Ni 합금층의 표면에 Fe-P 합금층을 전착하는 단계; 는, 철 화합물 및 인 화합물을 포함하는 도금 용액을 준비하는 단계; 상기 도금 용액에 전류를 인가하는 단계; 및 상기 인가된 전류에 의해 철 및 인 이온이 환원되어 상기 Fe-Ni 합금층의 표면에 Fe-P 합금층을 전착하는 단계; 를 포함할 수 있다.
철 화합물 및 인 화합물을 포함하는 도금 용액을 준비하는 단계;에서, 상기 철 화합물은 FeSO4, Fe(SO3NH2)2, FeCl2, Fe분말, 또는 이들의 조합일 수 있고, 상기 도금 용액 내 철 화합물의 농도는 0.5 내지 4.0M 일 수 있다.
또한, 상기 인 화합물은 NaH2PO2, H3PO2, H3PO3, 또는 이들의 조합일 수 있고, 상기 도금 용액 내 인 화합물의 농도는 0.01 내지 3.0M 일 수 있다.
철 화합물 및 인 화합물을 포함하는 도금 용액을 준비하는 단계;에서, 상기 도금 용액은 첨가제를 포함하며, 상기 도금 용액 내 첨가제의 농도는 0.001 내지 0.1M 일 수 있다.또한, 상기 첨가제는 글리콜릭산, 사카린, 베타-알라닌, DL-알라닌, 호박산, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 도금 용액의 pH 범위는 1 내지 4일 수 있고, 상기 도금 용액의 온도는 30 내지 100℃일 수 있다.
상기 도금 용액에 전류를 인가하는 단계; 에서, 상기 전류는 직류 전류 또는 펄스 전류이고, 상기 전류의 전류 밀도는 1 내지 100A/dm2일 수 있다.
상기 인가된 전류에 의해 철 및 인 이온이 환원되어 상기 Fe-Ni 합금층의 표면에 Fe-P 합금층을 전착하는 단계;에 의해, 상기 Fe-Ni 합금층의 표면에 전착된 Fe-P 합금층의 두께는 0.1 내지 1000㎛일 수 있다. 또한, 상기 Fe-Ni 합금층의 표면에 전착된 Fe-P 합금층 전체 100중량%에 대해, P: 6 내지 12중량%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
전기주조용 기판을 준비하는 단계;에서, 상기 전기주조용 기판은 스테인레스, 타이타늄, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 Fe-Ni-P 합금 다층 강판은 별도의 접합 과정 또는 접합층 없이 서로 다른 성분을 가지는 합금층을 적층할 수 있다. 또한, 상기 합금층을 수 회 반복 적층하여, 다층(multilayer) 강판을 제공할 수 있다.
이로부터, Fe-Ni 합금층의 우수한 기계적 특성과 높은 투자율, 및 Fe-P 합금층의 높은 포화자속밀도로부터 기계적 특성 및 자기적 특성이 동시에 우수한 강판을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 극박 다층 강판의 제조방법에 관한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 의한 Fe-Ni-P 합금 다층 강판을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 의한 Fe-Ni-P 합금 다층 강판을 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
본 발명의 일 구현예인 Fe-Ni-P 합금 다층 강판은, 전체 100중량%에 대해, Ni: 30 내지 85중량%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 Fe-Ni 합금층; 및 전체 100중량%에 대해, P: 6 내지 12중량%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 Fe-P 합금층; 을 포함하되,
상기 Fe-Ni 합금층과 상기 Fe-P 합금층은 교대로 수 회 적층된 것인 Fe-Ni-P 합금 다층 강판을 제공할 수 있다. 이때, 상기 2종의 합금층이 교대로 수 회 적층된 형태의 다층 강판은, 상기 2종의 합금층 간 별도의 접합층을 포함하지 않는다.
또한, 상기 Fe-P 합금층은 비정질 기지 조직을 가지고, 상기 합금층의 미세조직 전체 부피 100%에 대해, Fe2P상, Fe3P상, 또는 이들의 조합을 5% 미만으로 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기와 같은 석출상을 상기 범위와 같이 감소시킴으로써, 자기적 특성을 향상시켜 철손을 감소시킬 수 있다.
더해서, 상기 Fe-P 합금층 및 상기 Fe-Ni 합금층은 미세조직 전체 부피 100%에 대해, 입경 10nm 이하의 결정립을 50% 미만으로 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 Fe-P 합금층 및 상기 Fe-Ni 합금층은 비정질 내에 결정립이 혼재하는 형태일 수 있다. 이로부터, 비정질 단일상에 비해 포화자속밀도가 향상될 수 있으며, 이는 상기 크기 범위의 결정립이 혼재하는 경우 향상 효과를 극대화할 수 있다.
아울러, 본 명세서에서의 입경은, 측정 단위 내 존재하는 구형 물질의 평균 지름을 의미한다. 만약 물질이 비구형일 경우, 상기 비구형 물질을 구형으로 근사하여 계산한 구의 지름을 의미한다.
또한, 본 명세서에서 개시되는 결정립의 입경은, XRD 분석법을 이용하여 얻은 데이터의 회절각과 회절빔의 세기를 Scherrer'equation에 대입하여 계산한 결과이다.
이하, 본 발명의 일 구현예에서 합금층의 성분을 한정한 이유를 설명한다.
먼저, Ni은 경도를 낮추어 가공성을 향상시키는 역할을 할 수 있다. 보다 구체적으로, 니켈의 함량이 30중량%를 초과할 경우 경도가 감소하여 펀칭 가공 시, 엣지(edge) 부분의 크랙 발생을 저감시킬 수 있다. 이는, 후술하는 본 발명에 의한 실시예의 굽힘 변형 시 최초 크랙 발생 각도 시험을 통해, 크랙 발생 저감 효과를 확인할 수 있다. 다만, 니켈이 고가의 원료인 점을 고려할 때, 85중량%를 초과하는 범위에서는 니켈 함량에 따른 특성 변화가 크게 나타나지 않는 점에서 85중량% 이하로 첨가하는 것이 좋다.
또한, P는 비정항을 증가시켜 철손을 낮추는 역할을 하므로, P의 첨가량이 증가할수록 비저항이 증가 되는 효과가 나타날 수 있다. 다만, 12중량%를 초과하여 첨가하는 경우에는 가공성이 저하될 수 있다. 반면, 6중량% 미만인 경우에는 비정질상을 형성하지 않으므로, 추가적인 비저항 증가 효과를 수득하지 못할 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예인 Fe-Ni-P 합금 다층 강판의 제조방법은, 전기주조용 기판을 준비하는 단계; 상기 전기주조용 기판의 표면에 Fe-Ni 합금층을 전착하는 단계; 상기 Fe-Ni 합금층의 표면에 Fe-P 합금층을 전착하는 단계; 상기 Fe-Ni 합금층을 전착하는 단계, 및 상기 Fe-P 합금층을 전착하는 단계,를 교대로 반복하여 상기 2종의 합금층을 다층으로 적층하는 단계; 및 상기 2종의 합금층이 교대로 적층된 다층 강판을 전기주조용 기판에서 박리하는 단계;를 포함할 수 있다.
먼저, 전기주조용 기판을 준비하는 단계;에서, 상기 전기주조용 기판은 스테인레스, 타이타늄, 또는 이들의 조합을 포함하는 것일 수 있다. 다만, 이외에도 내산성이 있고, 산화막이 존재하는 물질은 모두 사용 가능하므로, 상기 소재에 한정하지는 않는다.
보다 구체적으로, 상기 전기주조용 기판의 표면은 전도성이 있을 수 있고, 전착 후 전착물과 표면이 분리될 수 있는 소재일 수 있다. 보다 더 구체적으로는, 100℃ 이하에서 열변형이 적고, 산성 전해액으로부터 내산성이 있는 소재일 수 있다. 또한, 전기주조가 용이하도록 전착물과의 밀착성이 적당하고, 반복적인 전착과 박리를 견딜 수 있는 내마모성이 우수한 소재일 수 있다.
이후, 상기 전기주조용 기판의 표면에 Fe-Ni 합금층을 전착하는 단계;를 실시할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 전기주조용 기판의 표면에 Fe-Ni 합금층을 전착하는 단계;는, 철 화합물 및 니켈 화합물을 포함하는 도금 용액을 준비하는 단계; 상기 도금 용액에 전류를 인가하는 단계; 및 상기 인가된 전류에 의해 철 및 니켈 이온이 환원되어 상기 전기주조용 기판의 표면에 Fe-Ni 합금층을 전착하는 단계; 를 포함할 수 있다.
먼저,철 화합물 및 니켈 화합물을 포함하는 도금 용액을 준비하는 단계;에서, 상기 철 화합물은 FeSO4, Fe(SO3NH2)2, FeCl2, Fe분말, 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이때, 상기 도금 용액 내 철 화합물의 농도는 0.5 내지 4.0M 일 수 있다.
철 화합물의 농도가 상기 범위일 경우, Fe-Ni 합금층의 형성이 용이할 수 있다.
더해서, 상기 니켈 화합물은 NiSO4, NiCl2, 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이때, 상기 도금 용액 내 니켈 화합물의 농도는 0.1 내지 3.0M 일 수 있다.
니켈 화합물의 농도가 상기 범위일 경우, Fe-Ni 합금층의 형성이 용이할 수 있다.
또한, 상기 도금 용액은 첨가제를 포함할 수 있으며, 상기 도금 용액 내 첨가제의 농도는 0.001 내지 0.1M 일 수 있다.
이때 상기 첨가제는 글리콜릭산, 사카린, 베타-알라닌, DL-알라닌, 호박산, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
보다 구체적으로, 상기 농도의 첨가제를 더 포함하는 경우, 도금층의 형성이 더욱 용이할 수 있다.
상기 도금 용액의 pH 범위는 1 내지 4일 수 있고, 상기 도금 용액의 온도는 30 내지 100℃일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 도금 용액의 pH는 하나 이상의 산 및/또는 하나 이상의 염기를 첨가함으로써 상기 범위로 조절할 수 있다.
상기 도금 용액의 pH와 온도 범위가 상기와 같을 경우, 도금층 형성이 용이할 수 있다.
이후, 상기 도금 용액에 전류를 인가하는 단계;를 실시할 수 있다.
이때, 상기 전류는 직류 전류 또는 펄스 전류일 수 있고, 상기 전류의 전류 밀도는 1 내지 100A/dm2일 수 있다.
상기 인가된 전류에 의해 철 및 니켈 이온이 환원되어 상기 전기주조용 기판의 표면에 Fe-Ni 합금층을 전착하는 단계;를 수행할 수 있다.
상기 전기주조용 기판의 표면에 전착된 Fe-Ni 합금층의 두께는 0.1 내지 1000㎛일 수 있다.
더해서, 상기 전기주조용 기판의 표면에 전착된 Fe-Ni 합금층은, 전체 100중량%에 대해, Ni: 30 내지 85중량, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것일 수 있다. 상기 Fe-Ni 합금층의 성분을 한정한 이유는 전술한 바와 같으므로 생략한다.
이후, 상기 Fe-Ni 합금층의 표면에 Fe-P 합금층을 전착하는 단계;를 실시할 수 있다.
이때, 상기 Fe-Ni 합금층의 표면에 Fe-P 합금층을 전착하는 단계;는, 철 화합물 및 인 화합물을 포함하는 도금 용액을 준비하는 단계; 상기 도금 용액에 전류를 인가하는 단계; 및 상기 인가된 전류에 의해 철 및 인 이온이 환원되어 상기 Fe-Ni 합금층의 표면에 Fe-P 합금층을 전착하는 단계; 를 포함할 수 있다.
철 화합물 및 인 화합물을 포함하는 도금 용액을 준비하는 단계;에서, 상기 철 화합물은 FeSO4, Fe(SO3NH2)2, FeCl2, Fe분말, 또는 이들의 조합일 수 있으며, 상기 도금 용액 내 철 화합물의 농도는 0.5 내지 4.0M 일 수 있다.
또한, 상기 인 화합물은 NaH2PO2, H3PO2, H3PO3, 또는 이들의 조합일 수 있으며, 상기 도금 용액 내 인 화합물의 농도는 0.01 내지 3.0M 일 수 있다.
더해서, 상기 도금 용액은 첨가제를 포함할 수 있으며, 상기 도금 용액 내 첨가제의 농도는 0.001 내지 0.1M 일 수 있다.
상기 첨가제는 글리콜릭산, 사카린, 베타-알라닌, DL-알라닌, 호박산, 또는 이들의 조합일 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 도금 용액의 pH 범위는 1 내지 4일 수 있고, 상기 도금 용액의 온도는 30 내지 100℃일 수 있다.
이후, 상기 도금 용액에 전류를 인가하는 단계; 를 실시할 수 있다.
이때, 상기 전류는 직류 전류 또는 펄스 전류일 수 있고, 상기 전류의 전류 밀도는 1 내지 100A/dm2일 수 있다.
상기 인가된 전류에 의해 철 및 인 이온이 환원되어 상기 Fe-Ni 합금층의 표면에 Fe-P 합금층을 전착하는 단계;를 수행할 수 있다.
이때, 상기 Fe-Ni 합금층의 표면에 전착된 Fe-P 합금층의 두께는 0.1 내지 1000㎛일 수 있다.
더해서, 상기 Fe-Ni 합금층의 표면에 전착된 Fe-P 합금층은, 전체 100중량%에 대해, P: 6 내지 12중량%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
이후, 상기 Fe-Ni 합금층을 전착하는 단계, 및 상기 Fe-P 합금층을 전착하는 단계,를 교대로 반복하여 상기 2종의 합금층을 다층으로 적층하는 단계;를 실시할 수 있다.
보다 구체적으로, 전술한 Fe-Ni 합금층을 전착하는 단계; 및 Fe-P 합금층을 전착하는 단계;를 교대로 반복하여 수 회 실시할 수 있다. 보다 더 구체적으로, 상기 2종의 합금층을 교대로 수 회 반복하여 다층으로 적층할 수 있다.
마지막으로, 상기 2종의 합금층이 교대로 적층된 다층 강판을 전기주조용 기판에서 박리하는 단계;를 수행할 수 있다.
전술한 바에 의해, 전기주조용 기판 상에 2종의 합금층이 교대로 다층(multilayer) 적층된 상태이다. 이에, 상기 2종의 합금층이 교대로 적층된 다층 강판을 전기주조용 기판에서 박리하는 단계;에 의해, Fe-Ni-P 합금 다층 강판을 수득할 수 있다.
보다 구체적으로, 전기주조를 통해 상기 2종의 합금층을 박판으로 수 회 적층함으로써, 목적하는 두께의 강판을 수득할 수 있다.
이하, 실시예를 통해 상세히 설명한다. 단 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
실시예
전기주조용 강판 준비 후, 철 화합물 및 니켈 화합물을 포함하는 도금 용액에 전류를 가해주었다.
상기 전류에 의해 상기 전기주조용 강판의 표면에 전체 100중량%에 대해, Ni: 36중량%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 Fe-Ni 합금층을 전착하였다.
이후, 철 화합물, 및 인 화합물을 포함하는 도금 용액에 상기 Fe-Ni 합금층이 전착된 강판을 주입하여 전류를 가해주었다.
상기 전류에 의해 상기 Fe-Ni 합금층의 표면에 전체 100중량%에 대해, P: 11중량%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 Fe-P 합금층을 전착하였다.
이후, 상기 Fe-Ni 합금층과 상기 Fe-P 합금층을 교대로 수 회 전착하였다.
마지막으로, 상기 2종의 합금층이 교대로 적층된 다층 강판을 상기 전기주조용 기판에서 박리하여, 2종의 합금층이 교대로 적층된 다층 강판을 수득하였다.
비교예
1
전체 100중량%에 대해 P: 10.5중량% 및 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 분말과 Fe 순철 분말의 2종의 분말을 이용하였다.
보다 구체적으로, 상기 2종의 분말을 혼합 후 700℃ 이상에서 소결하였다.
이후, 열간 압연하여 2종의 합금을 포함하는 강판을 제조하였다.
비교예
2
전체 100중량%에 대해 Ni: 36중량%, 및 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 박판을 여러 개 준비하였다.
이후, 상기 박판을 접착성 수지로 적층하여 금속 박판이 여러 개 결합된 다층 강판을 제조하였다.
| 최초 크랙 발생 굽힘 각도 |
50Hz, 1.5T 철손[W/kg] | |
| 비교예 1 | 7.4도 | 10.5 |
| 비교예 2 | 15도 | 6.23 |
| 실시예 | 35도 | 2.12 |
상기 표 1에 개시된 바와 같이, 실시예 및 비교예를 이용하여 제조 방법에 따른 다층 강판의 굽힘 변형 시 균열 발생 정도를 비교하였다.
보다 구체적으로, 상기 굽힉 각도는 0도의 수평 상태에서 두께 1mmx60mmx60mm의 소재를 굽힘 시험하여 최초 크랙이 발생하는 각도를 측정한 것이다.
그 결과, 표 1에 개시된 바와 같이, 전기주조 공정을 이용하여 복수개의 합금층을 적층한 실시예의 경우, 비교예에 비해 가공 시 균열의 발생이 현저하게 적은 것을 알 수 있다. 이는, 강력한 화학적 결합으로 인해, 합금층 간의 변형률 차이가 작기 때문이다.
반면, 소결 또는 수지를 이용한 비교예 1 및 2의 경우, 실시예에 비해 균열 발생 각도가 매우 작으며, 철손 또한 열위한 것을 알 수 있다.
보다 더 구체적으로, Fe-Ni 합금층을 이용한 비교예 2의 경우, 니켈계 합금층을 이용하지 않은 비교예 1에 비해 기계적 물성(굽힘 각도)는 우수한 것을 알 수 있다.
그러나, Fe-P 합금층을 소결하여 다층 강판을 제조한 비교예 1의 경우는 니켈계 합금층을 이용하지 않았으므로 기계적 물성이 비교예 2에 비해 열위한 것은 물론이고, P을 포함하지 않은 비교예 2보다 철손도 열위함을 알 수 있다.
이에 반해, 실시예의 경우, 비교예 1 및 2에 비해 철손 및 기계적 특성이 동시에 매우 우수한 것을 알 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 전기주조용 기판
20: 철-니켈(Fe-Ni) 합금층
31: 철-인(Fe-P) 합금층
20: 철-니켈(Fe-Ni) 합금층
31: 철-인(Fe-P) 합금층
Claims (30)
- 전체 100중량%에 대해, Ni: 30 내지 85중량%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 Fe-Ni 합금층; 및
전체 100중량%에 대해, P: 6 내지 12중량%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 Fe-P 합금층; 을 포함하되,
상기 Fe-Ni 합금층과 상기 Fe-P 합금층은 교대로 수 회 적층된 것인 전기강판용 Fe-Ni-P 합금 다층 강판.
- 제1항에 있어서,
상기 Fe-P 합금층은 비정질의 기지 조직을 가지고,
상기 합금층의 미세조직 전체 부피 100%에 대해, Fe2P상, Fe3P상, 또는 이들의 조합을 5% 미만으로 포함하는 것인 전기강판용 Fe-Ni-P 합금 다층 강판.
- 제2항에 있어서,
상기 Fe-P 합금층의 미세조직 전체 부피 100%에 대해, 10nm 이하의 결정립을 50% 미만으로 포함하는 것인 전기강판용 Fe-Ni-P 합금 다층 강판.
- 제3항에 있어서,
상기 Fe-Ni 합금층은 비정질의 기지 조직을 가지고,
상기 Fe-Ni 합금층의 미세조직 전체 부피 100%에 대해, 10nm 이하의 결정립을 50% 미만으로 포함하는 것인 전기강판용 Fe-Ni-P 합금 다층 강판.
- 전기주조용 기판을 준비하는 단계;
상기 전기주조용 기판의 표면에 Fe-Ni 합금층을 전착하는 단계;
상기 Fe-Ni 합금층의 표면에 Fe-P 합금층을 전착하는 단계;
상기 Fe-Ni 합금층을 전착하는 단계 및 상기 Fe-P 합금층을 전착하는 단계를 교대로 반복하여 상기 2종의 합금층을 다층으로 적층하는 단계; 및
상기 2종의 합금층이 교대로 적층된 다층 강판을 전기주조용 기판에서 박리하는 단계;를 포함하는 것인 전기강판용 Fe-Ni-P 합금 다층 강판의 제조방법.
- 제5항에 있어서,
상기 전기주조용 기판의 표면에 Fe-Ni 합금층을 전착하는 단계;는,
철 화합물 및 니켈 화합물을 포함하는 도금 용액을 준비하는 단계;
상기 도금 용액에 전류를 인가하는 단계; 및
상기 인가된 전류에 의해 철 및 니켈 이온이 환원되어 상기 전기주조용 기판의 표면에 Fe-Ni 합금층을 전착하는 단계; 를 포함하는 것인 전기강판용 Fe-Ni-P 합금 다층 강판의 제조방법.
- 제6항에 있어서,
철 화합물 및 니켈 화합물을 포함하는 도금 용액을 준비하는 단계;에서,
상기 철 화합물은 FeSO4, Fe(SO3NH2)2, FeCl2, Fe분말, 또는 이들의 조합인 것인 전기강판용 Fe-Ni-P 합금 다층 강판의 제조방법.
- 제7항에 있어서,
철 화합물 및 니켈 화합물을 포함하는 도금 용액을 준비하는 단계;에서,
상기 도금 용액 내 철 화합물의 농도는 0.5 내지 4.0M 인 것인 전기강판용 Fe-Ni-P 합금 다층 강판의 제조방법.
- 제8항에 있어서,
철 화합물 및 니켈 화합물을 포함하는 도금 용액을 준비하는 단계;에서,
상기 니켈 화합물은 NiSO4, NiCl2, 또는 이들의 조합인 것인 전기강판용 Fe-Ni-P 합금 다층 강판의 제조방법.
- 제9항에 있어서,
철 화합물 및 니켈 화합물을 포함하는 도금 용액을 준비하는 단계;에서,
상기 도금 용액 내 니켈 화합물의 농도는 0.1 내지 3.0M 인 것인 전기강판용 Fe-Ni-P 합금 다층 강판의 제조방법.
- 제10항에 있어서,
철 화합물 및 니켈 화합물을 포함하는 도금 용액을 준비하는 단계;에서,
상기 도금 용액은 첨가제를 포함하며,
상기 도금 용액 내 첨가제의 농도는 0.001 내지 0.1M 인 것인 전기강판용 Fe-Ni-P 합금 다층 강판의 제조방법.
- 제11항에 있어서,
철 화합물 및 니켈 화합물을 포함하는 도금 용액을 준비하는 단계;에서,
상기 첨가제는 글리콜릭산, 사카린, 베타-알라닌, DL-알라닌, 호박산, 또는 이들의 조합인 것인 전기강판용 Fe-Ni-P 합금 다층 강판의 제조방법.
- 제12항에 있어서,
철 화합물 및 니켈 화합물을 포함하는 도금 용액을 준비하는 단계;에서,
상기 도금 용액의 pH 범위는 1 내지 4인 것인 전기강판용 Fe-Ni-P 합금 다층 강판의 제조방법.
- 제13항에 있어서,
철 화합물 및 니켈 화합물을 포함하는 도금 용액을 준비하는 단계;에서,
상기 도금 용액의 온도는 30 내지 100℃인 것인 전기강판용 Fe-Ni-P 합금 다층 강판의 제조방법.
- 제6항에 있어서,
상기 도금 용액에 전류를 인가하는 단계; 에서,
상기 전류는 직류 전류 또는 펄스 전류이고,
상기 전류의 전류 밀도는 1 내지 100A/dm2인 것인 전기강판용 Fe-Ni-P 합금 다층 강판의 제조방법.
- 제6항에 있어서,
상기 인가된 전류에 의해 철 및 니켈 이온이 환원되어 상기 전기주조용 기판의 표면에 Fe-Ni 합금층을 전착하는 단계;에 의해,
상기 전기주조용 기판의 표면에 전착된 Fe-Ni 합금층의 두께는 0.1 내지 1000㎛인 것인 전기강판용 Fe-Ni-P 합금 다층 강판의 제조방법.
- 제16항에 있어서,
상기 인가된 전류에 의해 철 및 니켈 이온이 환원되어 상기 전기주조용 기판의 표면에 Fe-Ni 합금층을 전착하는 단계;에 의해,
상기 전기주조용 기판의 표면에 전착된 Fe-Ni 합금층 전체 100중량%에 대해, Ni: 30 내지 85중량%, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것인 전기강판용 Fe-Ni-P 합금 다층 강판의 제조방법.
- 제5항에 있어서,
상기 Fe-Ni 합금층의 표면에 Fe-P 합금층을 전착하는 단계; 는,
철 화합물 및 인 화합물을 포함하는 도금 용액을 준비하는 단계;
상기 도금 용액에 전류를 인가하는 단계; 및
상기 인가된 전류에 의해 철 및 인 이온이 환원되어 상기 Fe-Ni 합금층의 표면에 Fe-P 합금층을 전착하는 단계; 를 포함하는 것인 전기강판용 Fe-Ni-P 합금 다층 강판의 제조방법.
- 제18항에 있어서,
철 화합물 및 인 화합물을 포함하는 도금 용액을 준비하는 단계;에서,
상기 철 화합물은 FeSO4, Fe(SO3NH2)2, FeCl2, Fe분말, 또는 이들의 조합인 것인 전기강판용 Fe-Ni-P 합금 다층 강판의 제조방법.
- 제19항에 있어서,
철 화합물 및 인 화합물을 포함하는 도금 용액을 준비하는 단계;에서,
상기 도금 용액 내 철 화합물의 농도는 0.5 내지 4.0M 인 것인 전기강판용 Fe-Ni-P 합금 다층 강판의 제조방법.
- 제20항에 있어서,
철 화합물 및 인 화합물을 포함하는 도금 용액을 준비하는 단계;에서,
상기 인 화합물은 NaH2PO2, H3PO2, H3PO3, 또는 이들의 조합인 것인 전기강판용 Fe-Ni-P 합금 다층 강판의 제조방법.
- 제21항에 있어서,
철 화합물 및 인 화합물을 포함하는 도금 용액을 준비하는 단계;에서,
상기 도금 용액 내 인 화합물의 농도는 0.01 내지 3.0M 인 것인 전기강판용 Fe-Ni-P 합금 다층 강판의 제조방법.
- 제22항에 있어서,
철 화합물 및 인 화합물을 포함하는 도금 용액을 준비하는 단계;에서,
상기 도금 용액은 첨가제를 포함하며,
상기 도금 용액 내 첨가제의 농도는 0.001 내지 0.1M 인 것인 전기강판용 Fe-Ni-P 합금 다층 강판의 제조방법.
- 제23항에 있어서,
철 화합물 및 인 화합물을 포함하는 도금 용액을 준비하는 단계;에서,
상기 첨가제는 글리콜릭산, 사카린, 베타-알라닌, DL-알라닌, 호박산, 또는 이들의 조합인 것인 전기강판용 Fe-Ni-P 합금 다층 강판의 제조방법.
- 제24항에 있어서,
철 화합물 및 인 화합물을 포함하는 도금 용액을 준비하는 단계;에서,
상기 도금 용액의 pH 범위는 1 내지 4인 것인 전기강판용 Fe-Ni-P 합금 다층 강판의 제조방법.
- 제25항에 있어서,
철 화합물 및 인 화합물을 포함하는 도금 용액을 준비하는 단계;에서,
상기 도금 용액의 온도는 30 내지 100℃인 것인 전기강판용 Fe-Ni-P 합금 다층 강판의 제조방법.
- 제18항에 있어서,
상기 도금 용액에 전류를 인가하는 단계; 에서,
상기 전류는 직류 전류 또는 펄스 전류이고,
상기 전류의 전류 밀도는 1 내지 100A/dm2인 것인 전기강판용 Fe-Ni-P 합금 다층 강판의 제조방법.
- 제18항에 있어서,
상기 인가된 전류에 의해 철 및 인 이온이 환원되어 상기 Fe-Ni 합금층의 표면에 Fe-P 합금층을 전착하는 단계;에 의해,
상기 Fe-Ni 합금층의 표면에 전착된 Fe-P 합금층의 두께는 0.1 내지 1000㎛인 것인 전기강판용 Fe-Ni-P 합금 다층 강판의 제조방법.
- 제28항에 있어서,
상기 인가된 전류에 의해 철 및 인 이온이 환원되어 상기 Fe-Ni 합금층의 표면에 Fe-P 합금층을 전착하는 단계;에 의해,
상기 Fe-Ni 합금층의 표면에 전착된 Fe-P 합금층 전체 100중량%에 대해, P: 6 내지 12중량%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것인 전기강판용 Fe-Ni-P 합금 다층 강판의 제조방법.
- 제5항에 있어서,
전기주조용 기판을 준비하는 단계;에서,
상기 전기주조용 기판은 스테인레스, 타이타늄, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 전기강판용 Fe-Ni-P 합금 다층 강판의 제조방법.
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