KR101714146B1 - 알루미늄 전선용 단자 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 알루미늄 전선용 단자 및 그 제조방법은, 강성이 유지되면서 갈바닉 부식이 방지되고 알루미늄 전선과 연결되는 단자를 제조하는 방법으로서, 구리 판재를 단자 형태의 베이스로 성형하는 성형단계; 성형된 베이스 표면에 알루미늄 재질의 제1층을 도금하여 상기 베이스를 완전히 감싸는 제1층 형성단계; 및 상기 제1층의 표면에 상기 알루미늄 전선을 접합시키는 접합단계;를 포함한다.

Description

알루미늄 전선용 단자 및 그 제조방법{SOCKET FOR ALUMINUM WIRE AND PRODUCING METHOD THEREOF}

본 발명은 알루미늄 전선용 단자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이종 금속간 결합을 방지하여 갈바닉 부식을 방지하는 알루미늄 전선용 단자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

알루미늄은 구리를 기준으로 약 70% 정도의 낮은 전기 전도도를 가지면서도, 구리에 비해 약 40%의 경량화가 가능하기 때문에, 전기동력이 포함되는 각종 장치 및 자동차 등에서 그 관심이 증대되고 있다. 그러나 이러한 알루미늄 전선의 단부에 결합되는 단자까지 알루미늄으로 제조할 경우, 강도와 인성이 부족하여 쉽게 파손될 수 있다. 따라서 이러한 단자는 종래와 마찬가지로 구리 재질을 이용하여 제조하여야 한다.

그런데, 반응성이 다른 두 금속이 직접적으로 접합된 상태로 부식 환경에 노출되면 반응성이 높은 금속이 급속하게 부식되는 갈바닉 부식(Galvanic corrosion) 현상이 발생하게 된다. 알루미늄은 구리에 비해 반응성이 높기 때문에, 구리와 알루미늄을 접합시킬 경우 알루미늄이 급격하게 부식될 수 있다.

기존 알루미늄 전선은 알루미늄 전선에 구리로 만들어진 단자를 압착하여 접합시켜 사용하거나, 필요에 따라 구리 단자에 주석을 도금하여 표면저항을 낮춘 단자를 사용하였다.

이때, 알루미늄에 구리 또는 주석이 직접적으로 접합되기 때문에, 부식성 환경에 노출될 경우 반응성이 높은 알루미늄 전선 부위가 급격하게 부식되어 전선이 단락되는 등의 문제가 발생하였다.

종래의 알루미늄 전선과 압착 단자가 "압착 단자를 가진 알루미늄 전선 및 압착 단자를 가진 알류미늄 전선 제조 방법(대한민국 공개특허 10-2015-0027295 (2015.03.11))"에 구체적으로 공지되어 있다.

상기 발명은, 구리 또는 구리 합금 압착 단자가, 복수의 알루미늄 또는 알루미늄 합금 소선을 꼬아 구성되는 알루미늄 케이블의 단자부에 압착 결합된다. 단자부에는 방수성을 가지는 용제를 포함하는 방수제로 방수처리가 실행되어 접합부의 부식을 방지하게 된다. 그러나 상기 발명의 경우, 단자부에 대한 부식 방지 처리가 불량하거나 사용중 방수제에 틈새가 발생하게 되면 다시 부식이 발생할 수 있는 문제를 여전히 가지고 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 금속 모재에 알루미늄 피막을 형성시키는 도금법과, 코팅성을 향상시키기 위한 표면 처리법들이 개발되고 있다. 이러한 기술을 응용하여 본 발명에서는 구리 베이스에 알루미늄 도금을 한 단자를 사용하여 갈바닉 부식을 방지하고자 한다.

이에 더해, 에폭시 등의 부식 방지 처리를 생략하여 단자의 생산성을 향상시키고, 알루미늄 피막의 도금 품질을 향상시키기 위해 플라즈마 표면 처리를 적용하여 코팅성을 향상시키고자 한다.

대한민국 공개특허 10-2015-0027295 (2015.03.11)

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 알루미늄 전선과 구리 단자를 접합시키는데 있어 갈바닉 부식이 방지되는 알루미늄 전선용 단자 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

위 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 전선용 단자 제조방법은, 강성이 유지되면서 갈바닉 부식이 방지되고 알루미늄 전선과 연결되는 단자를 제조하는 방법으로서, 구리 판재를 단자 형태의 베이스로 성형하는 성형단계; 성형된 베이스 표면에 알루미늄 재질의 제1층을 도금하여 상기 베이스를 완전히 감싸는 제1층 형성단계; 및 상기 제1층의 표면에 상기 알루미늄 전선을 접합시키는 접합단계;를 포함한다.

상기 성형단계와 제1층 형성단계 사이에, 상기 베이스를 플라즈마 표면처리하여 표면을 활성화시키는 제1활성화단계를 더 포함한다.

상기 베이스에 도금된 제1층을 플라즈마 표면처리하여 표면을 활성화시키는 제2활성화단계 및 상기 베이스에 도금된 알루미늄 재질의 제1층 표면에 알루미늄 및 구리보다 접촉저항이 낮은 제2층을 형성시키는 제2층 형성단계를 더 포함한다.

상기 제2층 형성단계는, 상기 베이스에 도금된 제1층 표면에 주석 또는 니켈-인을 도금하되, 상기 알루미늄 전선과 연결되는 부분은 제1층이 노출되도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1활성화단계 및 상기 제2활성화단계는, 부피비 1:2인 아르곤과 산소의 대기압 분위기에서 플라즈마 표면처리를 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기 접합단계는, 상기 알루미늄 전선을 제1층이 도금된 상기 베이스 표면에 프레스 압착 또는 초음파 융착시켜 접합시키는 것을 특징으로 한다.

상기 제1층 형성단계는, 650~750℃의 용융 알루미늄 욕조에 상기 베이스를 투입하여 5~10분간 도금하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 전선용 단자는, 강성이 유지되면서 갈바닉 부식이 방지되고 알루미늄 전선에 연결되는 단자로서, 구리 재질의 베이스; 상기 베이스를 완전히 감싸도록, 상기 베이스에 도금되는 알루미늄 재질의 제1층; 및 상기 제1층의 표면에 도금되어 상기 제1층을 감싸되 상기 알루미늄 전선과 연결되는 부위를 제외한 나머지 부위를 감싸고 알루미늄 및 구리보다 접촉저항이 낮은 재질의 제2층;을 포함한다.

상기 제2층은, 주석 도금층 또는 니켈-인 도금층인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 알루미늄 전선용 단자 및 그 제조방법에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 동종 금속끼리 접합시키기 때문에 갈바닉 부식이 원천적으로 방지된다.

둘째, 접합부에 추가적인 방수 처리가 불필요하여 소모 비용을 절감할 수 있다.

셋째, 강성과 내식성이 모두 우수한 단자를 제조할 수 있다.

넷째, 공정이 간단하고, 종래의 부품에 용이하게 적용할 수 있다.

도 1은 종래의 알루미늄 전선과 구리 단자가 연결된 모습을 나타낸 사진 및 간략도이고,
도 2는 알루미늄 전선과 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 전선용 단자가 연결된 모습을 나타낸 사진 및 간략도이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 전선용 단자의 제조 공정을 간략하게 나타낸 순서도이다.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 알루미늄 전선용 단자 및 그 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.

알루미늄 전선용 단자 제조방법은, 알루미늄 전선(1)과 연결되는 단자를 제조하는 방법으로서, 구리 판재를 단자 형태의 베이스(10)로 성형하는 성형단계(S10), 베이스(10)를 플라즈마 표면처리하여 표면을 활성화시키는 제1활성화단계(S15), 성형된 베이스(10) 표면에 알루미늄 재질의 제1층(100)을 도금하는 제1층 형성단계(S20), 베이스(10)에 도금된 제1층(100)을 플라즈마 표면처리하여 표면을 활성화시키는 제2활성화단계(S25) 및 베이스(10)에 도금된 제1층(100) 표면에 알루미늄 및 구리보다 접촉저항이 낮은 제2층(20)을 형성시키는 제2층 형성단계(S30)를 포함한다.

베이스(10)의 재질은 구리 합금을 사용하는데, 일례로서 C1100, C2680, C19210 등의 다양한 합금을 사용 가능하다. 베이스(10)는 접속되는 소켓의 형태나 크기 등에 따라 다양한 형태로 제조될 수 있다. 제조 방법을 특별히 한정하지는 않지만, 한 예로서 구리 판재를 프레스 가공하여 단자 형태로 성형할 수 있을 것이다.

알루미늄 재질의 제1층(100)을 구리 베이스(10) 위에 도금하는 것은, 이종 금속간의 접합에 의한 갈바닉 부식을 방지하기 위함이다. 베이스(10)의 표면을 알루미늄 재질의 제1층(100)으로 완전히 감쌀 경우, 부식 환경에 노출되더라도 일반적인 알루미늄 합금의 부식만이 발생할 뿐, 갈바닉 부식과 같은 급격한 부식은 발생하지 않게 되는 것이다.

베이스(10)에 알루미늄 피막을 형성시키기 위해서, 650~750℃의 용융 알루미늄 욕조에 베이스(10)를 투입하여 5~10분간 도금 공정을 수행하면, 베이스(10)의 표면이 알루미늄으로 밀폐되어 갈바닉 부식이 방지된다. 도금 시간이 짧으면 베이스(10)의 구리 재질이 노출될 수 있고, 도금 시간이 길면 알루미늄 피막의 두께가 지나치게 두꺼워져 피막에 균열이 발생하거나 깨질 수도 있다.

주석이나 니켈-인 재질의 제2층(20)을 제1층(100) 위에 도금시킴으로써, 단자의 표면 저항을 낮춰 전도성을 향상시키고 내부식성을 향상시킬 수 있다. 또한, 단자를 납땜으로 전극에 부착시킬 때, 부착력을 향상시킬 수도 있다. 다만, 알루미늄 전선(1)과 접합되는 부위에는 제2층(20)을 도금시키지 않고 제1층(100)을 노출시킴으로써, 제1층(100)과 알루미늄 전선(1)이 직접적으로 접합될 수 있도록 함이 바람직하다.

알루미늄과 주석 또는 니켈 사이의 반응성 차이는 알루미늄과 구리 사이의 반응성 차이보다는 낮지만, 반응성 차이가 존재하는 이상 알루미늄 전선(1)과 제2층(20)을 직접적으로 접합시키는 것은 바람직하지 않다. 따라서 제2층(20)을 제1층(100)의 표면을 완전히 감싸도록 도금하지 않고, 알루미늄 전선(1)과의 접합부를 제외한 나머지 부분을 감싸도록 함으로써, 표면 저항을 감소시키면서도 알루미늄의 갈바닉 부식을 최소화시킬 수 있는 것이다.

이렇게 제2층(20)을 형성시키기 위해서, 제1층(100)이 도금된 베이스(10)를 도금액에 침지시키되, 도금이 필요한 부분만이 도금액 내부에 위치하도록 배치하여 일부분 제1층(100)이 노출되도록 한다. 도금 공정 조건은 특별하게 한정하지 않지만, 한 예로서, K₂SnO₃ 105g/L, 수산화칼륨 15g/L, 주석 40g/L의 도금액을 제조하여 베이스(10)의 일부를 담지시키되, 7A/dm² 조건에서 4~10시간 도금 공정을 수행하는 것이다.

제1활성화단계(S15) 및 제2활성화단계(S25)는, 부피비 1:2인 아르곤과 산소의 대기압 분위기에서 플라즈마 표면처리를 수행하는 것이 바람직하다.

플라즈마 표면처리를 수행하면 표면이 활성화되어 도금성이 좋아지게 된다. 본 발명에서는, 챔버 내부에 아르곤(10L/min)과 산소(20L/min)을 각각 공급하면서 대기압까지 압력을 상승시킨 아르곤-산소 분위기를 형성시킨 후, 대상물, 즉 제1층(100)이 도금되기 이전의 베이스(10)나, 제1층(100)이 도금된 후의 베이스(10)에 표면처리를 수행하게 된다.

표면처리를 위해 베이스(10)에서 2mm 이격된 전극에 10Kv의 전압을 가함으로써 방전을 일으키고, 방전에 의해 생성된 플라즈마가 베이스(10)의 표면을 활성화시키게 되는 것이다. 플라즈마 표면처리에 대한 더 자세한 설명은 본 발명의 범위를 벗어나므로 여기서는 생략하도록 한다.

이렇게 제2층(20)까지 형성이 완료된 전극을 알루미늄 전선(1)에 접합시키는 접합단계(S40)는, 노출되어 있는 제1층(100)에 알루미늄 전선(1)을 접합시키는데, 프레스 압착 등을 이용하여 베이스(10)를 기계적으로 구부려 알루미늄 전선(1)에 접합시키거나, 제1층(100)과 알루미늄 전선(1)의 접합부에 진동을 가해 결합시키는 초음파 융착 등의 방법을 사용할 수 있다.

알루미늄 전선용 단자는, 알루미늄 전선(1)에 연결되는 단자로서, 구리 재질의 베이스(10), 베이스를 감싸는 알루미늄 재질의 제1층(100) 및 제1층(100)을 감싸되 알루미늄 전선(1)과 연결되는 부위를 제외한 나머지 부위를 감싸는 제2층(20)을 포함하고, 제2층(20)은, 주석 도금층 또는 니켈-인 도금층인 것이 바람직하다.

이에 대한 상세한 설명은 알루미늄 전선용 단자 제조방법에 대한 설명으로 갈음하여 여기서는 생략한다.

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.

1: 알루미늄 전선 10: 베이스(구리)
20: 제2층(주석/니켈-인) 100: 제1층(알루미늄 피막)
S10: 성형단계 S15: 제1활성화단계
S20: 제1층 형성단계 S25: 제2활성화단계
S30: 제2층 형성단계 S40: 접합단계

Claims (9)

1. 강성이 유지되면서 갈바닉 부식이 방지되고 알루미늄 전선과 연결되는 단자를 제조하는 방법으로서,
   구리 판재를 단자 형태의 베이스로 성형하는 성형단계;
   성형된 베이스 표면에 알루미늄 재질의 제1층을 도금하여 상기 베이스를 완전히 감싸는 제1층 형성단계; 및
   상기 제1층의 표면에 상기 알루미늄 전선을 접합시키는 접합단계;를 포함하는, 알루미늄 전선용 단자 제조방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 성형단계와 제1층 형성단계 사이에, 상기 베이스를 플라즈마 표면처리하여 표면을 활성화시키는 제1활성화단계;를 더 포함하는, 알루미늄 전선용 단자 제조방법.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 베이스에 도금된 제1층을 플라즈마 표면처리하여 표면을 활성화시키는 제2활성화단계; 및
   상기 베이스에 도금된 제1층 표면에 알루미늄 및 구리보다 접촉저항이 낮은 제2층을 형성시키는 제2층 형성단계;를 더 포함하는, 알루미늄 전선용 단자 제조방법.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 제2층 형성단계는, 상기 베이스에 도금된 제1층 표면에 주석 또는 니켈-인을 도금하되, 상기 알루미늄 전선과 연결되는 부분은 제1층이 노출되도록 하는 것을 특징으로 하는, 알루미늄 전선용 단자 제조방법.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 제1활성화단계 및 상기 제2활성화단계는, 부피비 1:2인 아르곤과 산소의 대기압 분위기에서 플라즈마 표면처리를 수행하는 것을 특징으로 하는, 알루미늄 전선용 단자 제조방법.
   
6. 청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 접합단계는, 상기 알루미늄 전선을 제1층이 도금된 상기 베이스 표면에 프레스 압착 또는 초음파 융착시켜 접합시키는 것을 특징으로 하는, 알루미늄 전선용 단자 제조방법.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1층 형성단계는, 650~750℃의 용융 알루미늄 욕조에 상기 베이스를 투입하여 5~10분간 도금하는 것을 특징으로 하는, 알루미늄 전선용 단자 제조방법.
   
8. 강성이 유지되면서 갈바닉 부식이 방지되고 알루미늄 전선에 연결되는 단자로서,
   구리 재질의 베이스;
   상기 베이스를 완전히 감싸도록, 상기 베이스에 도금되는 알루미늄 재질의 제1층; 및
   상기 제1층의 표면에 도금되어 상기 제1층을 감싸되 상기 알루미늄 전선과 연결되는 부위를 제외한 나머지 부위를 감싸고 알루미늄 및 구리보다 접촉저항이 낮은 재질의 제2층;을 포함하는, 알루미늄 전선용 단자.
   
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 제2층은, 주석 도금층 또는 니켈-인 도금층인 것을 특징으로 하는, 알루미늄 전선용 단자.
   

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