KR101758531B1

KR101758531B1 - 동-철 합금 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR101758531B1
Application number: KR1020150185790A
Authority: KR
Inventors: 송민석; 이재영
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2015-12-24
Filing date: 2015-12-24
Publication date: 2017-07-17
Also published as: KR20170076849A

Abstract

본 발명은 동-철 합금에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자파 차폐 성능이 우수한 동-철 합금 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

동-철 합금 및 이의 제조방법 {COPPER-FERROUS ALLOY POWDER AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

동-철 합금(Copper Ferro Alloy: CFA)은 상온에서 소량의 구리를 고용한 Fe-rich상(체심 입방 격자)과 소량의 철을 고용한 Cu-rich상(면심 입방 격자)의 공정 합금이다.

이러한 동-철 합금을 얻기 위하여, 구리와 철을 용해함에 있어서 1550℃에서 철을 용해한 다음 구리를 첨가하게 되면 상기 구리가 바로 녹으면서, 상기 철과 구리가 용해로 내에서 용탕이 되어 혼합되어 있는 것처럼 보인다.

그런데, 본래 구리와 철은 서로 고용하지 않는 성분으로, 위 용탕을 별도의 교반없이 그대로 두면 비중 차로 인해 구리 용탕이 용해로 내 밑부분에, 철 용탕이 그 위에 존재하여, 구리와 철 용탕이 서로 분리된다.

한편, 특허문헌 1, 2 등에서는 구리와 철을 용해하여 동-철 합금 소재를 제조하는 방법을 제안하고 있다.

상기 문헌들은 구리-철 용탕을 잉곳 케이스에 주입하여 구리-철 합금 잉곳을 제조한 후, 단조, 압연, 인발, 열처리 등의 가공을 통해 판재 또는 선재와 같은 소정의 제품을 얻고 있다.

이때, 구리와 철을 용해하기 위한 방법으로는, 소모 전극 슬래그 용해법, 플라즈마 용해법 또는 고주파 유도 용해법 등이 적용되며, 이러한 방법을 통해 구리와 철을 용해하여 구리 액상 중에 철 입자가 분산되도록 한 다음, 플럭스 또는 탈산제를 첨가하여 품질저하를 방지하고 있다.

하지만, 이러한 방법은 동-철 합금의 제품을 생산하기 위한 여러 공정을 거쳐야 하며, 구리와 철이 균일하게 혼합되지 못하는 문제가 있다.

한국 출원특허 제2013-0106908호 한국 출원특허 제2013-0149097호

본 발명의 일 측면은, 상호 고용되지 않는 구리와 철의 혼합비율에 관계없이 균일한 형상을 갖고, 전자파 차폐 성능이 우수한 동-철 합금 및 이것의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 일 측면은, 동철(Cu-Fe)모합금 또는 금속 철(Fe)과 금속 동(Cu)을 용해시켜 철 15~80중량% 및 잔부 구리를 포함하는 용용물을 형성하는 단계 및 상기 용융물을 용융 방사(melt-spinning)하여 리본형(ribbon type)의 합금을 형성하거나, 상기 용융물을 사출 응고(injection-molding)하여 와이어형(wire type)의 합금을 형성하는 단계를 포함하는 동-철 합금의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 다른 일 측면은, 상술한 제조방법에 의해 제조되고, 철(Fe) 15~80중량% 및 잔부 구리(Cu)를 포함하고, 리본형(ribbon type) 또는 와이어형(wire type)인 것인 동-철 합금을 제공한다.

본 발명에 의하면, 동(Cu)과 철(Fe)이 균일하게 분포된 동-철 합금을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 동-철 합금은 강도, 전기전도도 등이 우수하여 전자파 차폐능이 요구되는 분야에 다양하게 적용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리본형(ribbon-type) 동-철 합금(Cu-xFe, x = 20, 30, 40중량%)의 미세조직 측정 사진을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리본형(ribbon-type) 동-철 합금(Cu-xFe, x = 20, 30, 40중량%)의 X-ray 회절 분석 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리본형(ribbon-type) 동-철 합금(Cu-xFe-2Si, x = 10, 30중량%)의 미세조직 측정 사진을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 리본형(ribbon-type) 동-철 합금(Cu-xFe-2Si, x = 10, 30중량%)의 미세조직 측정 사진을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 리본형(ribbon-type) 동-철 합금(Cu-xFe-2Si, x = 10, 30중량%)의 압축시험 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 6a(직경 3mm) 및 6b(직경 10mm)는 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어형(wire-type) 동-철 합금(Cu-xFe, x = 20, 30, 40중량%)의 미세조직 측정 사진을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어형(wire-type) 동-철 합금(Cu-xFe, x = 20, 30, 40중량%)의 압축시험 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어형(wire-type) 동-철 합금(Cu-30Fe-2A, A = Si, V, Mg)의 미세조직 측정 사진을 나타낸 것이다.
도 9a 및 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어형(wire-type) 동-철 합금(Cu-30Fe-2A, A = Si, V, Mg)의 압축시험 측정 결과(9a)와 압축시험 후 미세조직 측정 사진(9b)을 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어형(wire-type) 동-철 합금(Cu-30Fe-2A, A = Ni, Cr, Nb)의 미세조직 측정 사진을 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어형(wire-type) 동-철 합금(Cu-30Fe-2A, A = Si, V, Mg, Nb)의 압축시험 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 리본형(ribbon-type) 동-철 합금(Cu-xFe, x = 50, 60, 70, 80중량%)의 미세조직 측정 사진을 나타낸 것이다.

본 발명자들은 전자파 차폐 성능이 우수하여 자동차, 전기전자기기, 로봇제어장치, 의료기기, 통신기기, 도전 케이블 등의 여러 산업분야에 적용가능한 동-철합금을 제공하기 위해 깊이 연구한 결과, 용융 방사(melt-spinning) 또는 사출 응고(injection-molding) 공정을 이용하는 경우 별도의 추가 공정 없이 균일한 조직의 동-철 합금을 얻을 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

기존에는 동-철 합금을 제조하기 위하여, 용해, 주조, 소성가공, 열처리 등의 공정과 더불어, 각종 산화방지제 등의 첨가물의 투입이 요구되었으나, 본 발명에 따르면 가스 분무에 의해 용융 후 별도의 추가 공정 없이 리본 형상 또는 와이어 형상의 동-철 합금을 얻을 수 있다.

특히, 본 발명은 종래 동-철 합금의 제조를 위한 인발 공정(냉각속도 수~수십℃/s) 등에 비해 냉각속도가 매우 높은 용융 방사(melt-spinning, 10⁴~10⁶℃/s) 또는 사출 응고(injection-molding, 100℃/s 이상) 공정을 통해 동-철 합금을 제조하므로, 다양한 함량 범위의 균일한 조직을 갖는 동-철 합금을 제조함에 기술적 의의가 있다.

이하에서는, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 일 측면에 따른 동-철 합금의 제조방법은 동철(Cu-Fe)모합금 또는 금속 철(Fe)과 금속 동(Cu)을 용해시켜 철 15~80중량% 및 잔부 구리를 포함하는 용용물을 형성하는 단계 및 상기 용융물을 용융 방사(melt-spinning)하여 리본형(ribbon type)의 합금을 형성하거나, 상기 용융물을 사출 응고(injection-molding)하여 와이어형(wire type)의 합금을 형성하는 단계로 이루어지는 것이 바람직하며, 이하에서는 각 단계별로 구체적으로 설명한다.

먼저, 철과 구리를 포함하는 용융물을 형성한다.

상기 용융물 내에는 일정 함량의 철과 구리를 제외한 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.

상기 용융물은 동철(Cu-Fe)모합금을 용기에 장입하여 용융시킴으로써 형성할 수 있는데, 이때, 동철(Cu-Fe)모합금의 철 및 구리의 함량은 제조하고자 하는 동-철 합금의 수준으로 제어된 것이 바람직하며, 구체적으로 철 15~80중량%, 보다 바람직하게는 철 20~80중량% 및 잔부 구리를 포함하도록 제어하는 것이 바람직하다.

상기 동철(Cu-Fe)모합금은 본 발명의 기술분야에서 알려진 방법에 따라 제조할 수 있는데, 일 예로 유도용해로를 이용하여 철과 구리를 용융시킨 다음, 응고시키는 방법으로 제조할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 용융물은 금속 철(Fe)과 금속 동(Cu)을 용기에 장입하여 용융시킴으로써 형성할 수도 있다. 이 경우에도, 상기 금속 철과 금속 동은 목표로 하는 함량별로 제어하여 첨가하는 것이 바람직하며, 구체적으로 철 15~80중량%, 보다 바람직하게는 철 20~80중량% 및 잔부 구리를 포함하도록 제어하는 것이 바람직하다.

상기 금속 철(Fe)은 일정의 탄소(C)를 함유하는 용선(molten iron) 또는 철 함유량이 99% 이상인 전해철(electrolytic iron)을 이용할 수 있다. 또한, 상기 금속 구리(Cu)는 순도 99% 이상의 고순도의 것을 사용할 수 있다.

상기와 같은 용융물이 담겨지는 용기는 용융 방사가 가능한 챔버나 사출 응고가 가능한 챔버 내에 수용되는데, 상기 용기 내의 철과 구리의 산화 및 오염을 방지하기 위하여, 상기 챔버를 진공상태로 제어한 후 고순도의 아르곤(Ar) 가스를 장입하여 분위기를 조성하는 것이 바람직하다. 이때, 진공범위는 특별히 한정하지 아니하며, 고진공, 저진공뿐만 아니라, 대기중이라도 무방하다.

한편, 상기 용융물은 실리콘(Si), 바나듐(V), 마그네슘(Mg) 및 니오븀(Nb) 중 1종 이상을 함량 합으로 1.0~5.0중량% 더 포함할 수 있다.

상술한 원소들은 본 발명에 의해 제조되는 동-철 합금의 조직을 더욱 균일하게 확보하기 위한 것으로서, 보다 구체적으로는 수지상정(dendrite)의 Fe 상을 구형화시켜 구리(Cu) 기지 내에 균일 분산시키는데 유리한 효과가 있다.

상술한 효과를 충분히 얻기 위해서는 상기 원소들을 1.0% 이상으로 첨가하는 것이 바람직하나, 그 함량이 5.0%를 초과하게 되면 추가로 첨가된 원소들이 결정을 형성할 우려가 있으므로 바람직하지 못하다.

상기 성분들은 동철(Cu-Fe)모합금을 제조할 때 원하는 함량으로 첨가하거나, 금속 철(Fe)과 금속 동(Cu)을 용융시킬 때 원하는 함량으로 함께 첨가할 수 있다.

상기와 같이 각각의 성분 함량을 제어하여 준비된 용융물로부터 동-철 합금을 제조하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 용융물을 용융 방사(melt-spinning)하여 리본형(ribbon type)의 합금을 제조하거나, 사출 응고(injection-molding)하여 와이어형(wire type)의 합금으로 제조할 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 리본형의 동-철 합금은, 상기 용융물을 2000~3000rpm으로 회전하는 휠(wheel) 표면에 분사시킨 후 10⁴~10⁶℃/s의 냉각속도로 급속응고하여 제조할 수 있으며, 이로부터 10~100㎛의 두께를 갖는 리본형(ribbon-type) 동-철 합금을 제조할 수 있다.

또한, 상기 휠(wheel)의 선형 속도(linear speed)는 10~35m/s인 것이 바람직하며, 이때 10m/s 미만이면 냉각능이 저하되므로 동과 철이 충분히 혼합되지 못할 우려가 있으며, 반면 35m/s를 초과하게 되면 에너지 소모량이 많아져 제조원가가 상승하게 되는 문제가 있으므로 바람직하지 못하다.

상기 휠(wheel)은 일 예로 구리휠(wheel)을 이용할 수 있다.

또한, 상기 와이어형의 동-철 합금은, 상기 용융물을 일정 크기의 틀에 주입한 후 100℃/s 이상의 냉각속도로 응고 및 신선하여 제조할 수 있으며, 이로부터 2-5mm의 직경을 갖는 와이어형(wire-type) 동-철 합금을 제조할 수 있다.

이때의 냉각속도 상한은 특별히 한정하지 아니하나, 사출 응고 장치에서 적용 가능하도록 제한된 범위를 초과할 수 없다.

상술한 바에 의해 제조되는 본 발명의 동-철 합금은 철(Fe) 15~80중량% 및 잔부 구리(Cu)를 포함하며, 그 형상이 리본형(ribbon type) 또는 와이어형(wire type)일 수 있다.

또한, 본 발명의 동-철 합금은 20~80%중량%의 철(Fe) 및 잔부 구리(Cu)를 포함할 수 있으며, 이와 같이 철의 함량을 높임으로써 동-철 합금의 전기전도도와 더불어 압축강도를 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다 (하기 [표 1], 도 5 참조).

본 발명의 동-철 합금은 상술한 철(Fe) 및 구리(Cu) 이외에 실리콘(Si), 바나듐(V), 마그네슘(Mg) 및 니오븀(Nb) 중 1종 이상을 함량 합으로 1.0~5.0중량% 더 포함할 수 있다.

본 발명의 동-철 합금은 형상(type)에 무관하게 구형의 Fe 상이 Cu 기지(matrix) 내에 균일하게 분산된 구조를 가질 수 있으며, 이로 인해 강도는 물론이고, 전기전도도를 우수하게 확보할 수 있다.

상기 본 발명의 동-철 합금은 Cu에 비해 강도가 높은 Fe의 함량에 따라 상기 합금의 물리적 성질을 제어할 수 있다.

보다 구체적으로, 동-철 합금 내 Fe의 함량을 높일수록 Cu 기지조직 내에 분산되는 Fe 함량이 증가하게 되므로, 기계적 강도가 비례적으로 증가하며, 이는 하기의 실시예를 통해 확인할 수 있다 (도 5 참조).

그로 인해, 본 발명의 동-철 합금은 합금 내 Fe의 함량별로 적용분야가 달라질 수 있다.

예를들어, 대략 15~20% 정도의 Fe을 함유하는 본 발명의 동-철 합금은 차폐능을 요구하는 전자기적 소재에 적용할 수 있으며, 최대 50%의 Fe을 함유하는 본 발명의 동-철 합금은 금형이나 용접 등의 소재에 적용할 수 있을 뿐만 아니라, 최대 80%의 Fe을 함유하는 본 발명의 동-철 합금은 유도가열(IH)이 요구되는 주방용품 등의 소재에 적용할 수 있다. 상기 적용가능한 소재는 예시로 나타낸 것으로, 이에 한정되는 것은 아니다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.

( 실시예 )

실시예 1-1

철(Fe) 함량이 각각 20중량%, 30중량%, 40중량%로 조절된 동철(Cu-Fe)모합금을 용융물로 제조한 후 급속 응고 공정을 통해 리본형(ribbon-type)의 동-철 합금을 제조하였다.

이때, 급속 응고 공정을 위한 챔버의 용기 내부는 2.0×10^-3 토르(torr)로 진공제어한 후 아르곤(Ar) 가스를 장입(450torr)하여 분위기를 조성하였다. 이후, 상기 용융물을 선형 속도(linear speed)가 32.7m/s인 구리휠(wheel) 표면에 분사시킨 후, 10⁴~10⁶℃/s의 냉각속도로 응고하여 리본형(ribbon-type)의 동-철 합금을 제조하였다.

각 조성별로 제조된 동-철 합금의 미세조직을 전자주사현미경(SEM)으로 측정하여 도 1에 나타내었다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 동-철 합금 내 Fe 함량이 증가할수록 회백색이 짙어지는 것을 확인할 수 있으며, 구형의 Fe 상이 Cu 기지(matrix) 내에 균일하게 분산된 것을 확인할 수 있다.

또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 각각의 동-철 합금을 X-ray 회절 분석을 실시한 결과, Fe 함량이 증가함에 따라 α-Fe 피크(peak)가 높아지는 것을 확인할 수 있다.

실시예 1-2

철(Fe) 함량이 각각 10중량%(비교예), 15중량%(발명예), 30중량%(발명예)로 조절되고, 여기에 2중량%의 실리콘(Si)을 함유하는 동철(Cu-Fe)모합금을 용융물로 제조한 후 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 리본형(ribbon-type)의 동-철 합금을 제조하였다.

이때, 상기 Fe는 비교적 저순도의 용선(pig iron)을 이용하였다.

상기에 따라 제조된 동-철 합금(Fe10%, Fe30%)의 미세조직을 전자주사현미경(SEM)으로 측정해본 결과, 도 3에 나타낸 바와 같이, 철 함량에 관계없이 구형의 Fe 상이 Cu 기지(matrix) 내에 균일하게 분산된 것을 확인할 수 있다.

그리고, 각각의 동-철 합금의 전기전도도를 측정하고, 하기 표 1에 그 결과를 나타내었다. 이때, 전기전도도는 4침법(4 point probe)을 이용하여 측정하였다.

Cu-10Fe-2Si (비교예)		Cu-15Fe-2Si (발명예)		Cu-30Fe-2Si (발명예)
저항률(resistivity) (ohm·m)	%IACS	저항률(resistivity) (ohm·m)	%IACS	저항률(resistivity) (ohm·m)	%IACS
6.24×10^-7	9.57%	3.86×10^-7	15.45%	3.53×10^-7	16.90%

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, Fe 함량이 10%인 경우(비교예)에 비해 Fe를 15%로 함유하는 본 발명의 동-철 합금(발명예)의 전기전도도가 대략 1.5배 이상 증가함을 확인할 수 있다.

또한, Fe을 15%로 함유하는 발명예에 비해 30%로 함유하는 발명예의 전기전도도가 더 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 이로부터 Fe의 함량이 증가할수록 전기전도도가 증가하는 경향을 보임을 알 수 있다.

한편, 상기와 같이 용선(Pig Iron)을 이용하는 경우 고순도의 순수 Fe을 이용하는 것에 비해 가격 경쟁력이 있으며, 상기 용선 내에는 일정의 Si을 함유하고 있는 바, Si을 추가적으로 첨가하지 않더라도 Si에 의한 효과를 얻을 수 있다는 장점이 있다.

실시예 1-3

철(Fe) 함량이 각각 10중량%(비교예), 30중량%(발명예)로 조절되고, 여기에 2중량%의 실리콘(Si)을 함유하는 동철(Cu-Fe)모합금을 용융물로 제조한 후 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 리본형(ribbon-type)의 동-철 합금을 제조하였다.

이때, 상기 Fe는 고순도의 순수Fe을 이용하였다.

상기에 따라 제조된 동-철 합금(Fe10%, Fe30%)의 미세조직을 전자주사현미경(SEM)으로 측정해본 결과, 도 4에 나타낸 바와 같이, 철 함량에 관계없이 동-철 합금의 경우에는 구형의 Fe 상과 더불어 수지상정(dendrite)의 Fe 상이 혼재하나, 상대적으로 철의 함량이 높은 동-철 합금(Cu-30Fe-2Si)에서 구형의 Fe 상이 더 많이 존재하는 것을 확인할 수 있다.

또한, 상기 각각의 동-철 합금의 기계적 특성을 분석하기 위하여 만능재료시험기를 이용하여 압축시험을 실시한 결과, 도 5에 나타낸 바와 같이, Fe 함량이 10%인 경우에 비해 30%로 함유하는 경우의 압축강도가 높음을 확인할 수 있다.

그리고, 각각의 동-철 합금의 전기전도도를 측정하고, 하기 표 2에 그 결과를 나타내었다. 이때, 전기전도도는 4침법(4 point probe)을 이용하여 측정하였다.

Cu-10Fe-2Si (비교예)		Cu-30Fe-2Si (발명예)
저항률(resistivity) (ohm·m)	%IACS	저항률(resistivity) (ohm·m)	%IACS
4.43×10^-7	13.48%	1.32×10^-7	45.27%

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, Fe 함량이 10%인 경우(비교예)에 비해 Fe를 30%로 함유하는 본 발명의 동-철 합금(발명예)의 전기전도도가 우수함을 확인할 수 있다.

실시예 2-1

철(Fe) 함량이 각각 20중량%, 30중량%, 40중량%로 조절된 동철(Cu-Fe)모합금을 용융물로 제조한 후 사출 응고 공정을 통해 와이어형(wire-type)의 동-철 합금을 제조하였다.

이때, 사출 응고 공정을 위한 챔버의 용기 내부는 2.0×10^-3 토르(torr)로 진공제어한 후 아르곤(Ar) 가스를 장입(450torr)하여 분위기를 조성하였다. 이후, 상기 용융물을 응고 및 신선하기 위한 틀에 주입한 후 100℃/s의 냉각속도로 응고및 신선하여 와이어형(wire-type)의 동-철 합금을 제조하였다. 이때, 3mm 또는 10mm의 직경을 갖는 동-철 합금을 제조하였다.

각 조성별로 제조된 동-철 합금의 미세조직을 전자주사현미경(SEM)으로 측정하여 도 6a(직경 3mm) 및 도 6b(직경 10mm)에 나타내었다.

도 6a 및 6b에 나타낸 바와 같이, 와이어형의 동-철 합금은 구형의 Fe 상 이외에 수지상정(dendrite)의 Fe 상이 형성된 것을 확인할 수 있다.

또한, 3mm의 직경을 갖는 동-철 합금의 기계적 특성을 분석하기 위하여 UTM(Universal Testing Machine, 만능재료시험기)를 이용하여 압축시험을 실시한 결과를 도 7에 나타내었다.

도 7에 나타낸 바와 같이, Fe 함량이 증가할수록 압축강도가 증가하는 것을 확인할 수 있는데, 이는 Fe가 갖는 금속성질에 기인한 것으로 상기 Fe는 Cu에 비해 강도가 높은 금속이기 때문이다.

이를 통해서, 본 발명에서 제안하는 Fe 범위(15~80%) 내에서 Fe의 함량이 증가할수록 압축강도가 증가할 것임은 유추 가능한 것이다.

실시예 2-2

철(Fe) 함량이 30중량%로 조절되고, 여기에 실리콘(Si), 바나듐(V) 및 마그네슘(Mg) 중 1종을 2중량%로 함유하는 동철(Cu-Fe)모합금을 용융물로 제조한 후 상기 실시예 2-1과 동일한 방법으로 직경 3mm의 와이어형(wire-type) 동-철 합금을 제조하였다.

이후, 각각의 제조된 동-철 합금의 미세조직을 전자주사현미경(SEM)으로 측정하고, 그 결과를 도 8에 나타내었다. 비교를 위해 추가 원소를 첨가하지 않은 와이어형 동-철 합금(Cu-30Fe)의 미세조직 결과를 함께 나타내었다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 추가 원소를 첨가하지 않은 동-철 합금(Cu-30Fe)의 경우에는 구형의 Fe 상과 더불어 수지상정(dendrite) Fe 상이 형성된 것을 확인할 수 있는데, 여기에 추가 원소로서 Si, V 또는 Mg을 첨가한 경우에는 수지상정 Fe 상을 구형화시켜 구형의 Fe 상이 증가한 것을 확인할 수 있다.

이러한 효과는 Si을 첨가한 경우에 가장 크게 나타났다.

또한, 상기 각각의 동-철 합금의 기계적 특성을 분석하기 위하여 만능재료시험기를 이용하여 압축시험을 실시하였으며, 변형 거동(deformation behavior)을 관찰하기 위하여 상기 압축시험 후 각각의 미세조직을 관찰하고, 그 결과를 각각 도 9a 및 9b에 나타내었다.

도 9a 및 도 9b에 나타낸 바와 같이, 추가 원소를 첨가하지 않은 동-철 합금(Cu-30Fe)에 비해 추가 원소를 첨가한 경우들에서 압축 변형률(compressive strain)이 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 또한 전단밴드(shear band)는 Cu 기지(matrix)와 Fe 상의 계면을 따라 전파하는 것을 확인할 수 있다.

실시예 2-3

철(Fe) 함량이 30중량%로 조절되고, 여기에 니켈(Ni), 크롬(Cr) 및 니오븀(Nb) 중 1종을 2중량%로 함유하는 동철(Cu-Fe)모합금을 용융물로 제조한 후 상기 실시예 2-1과 동일한 방법으로 직경 3mm의 와이어형(wire-type) 동-철 합금을 제조하였다.

이후, 각각의 제조된 동-철 합금의 미세조직을 전자주사현미경(SEM)으로 측정하고, 그 결과를 도 10에 나타내었다.

도 10에 나타낸 바와 같이, 추가 원소로서 Nb을 첨가한 경우에만 Fe 상이 구형화된 미세조직이 관찰되었으며, Ni 또는 Cr을 첨가한 경우에는 수지상정(dendrite)의 Fe 상이 그대로 남아있는 것을 확인할 수 있다.

도 11은 추가 원소로서, Si, V, Mg 또는 Nb를 첨가한 와이어형 동-철 합금과 상기 추가 원소를 첨가하지 않은 와이어형 동-철 합금의 압축강도 측정결과를 나타낸 것이다.

도 11에 나타낸 바와 같이, 추가 원소로서 Mg을 첨가한 동-철 합금의 강도가 가장 높았다.

실시예 3

철(Fe) 함량이 각각 50중량%, 60중량%, 70중량%, 80중량%로 조절된 동철(Cu-Fe)모합금을 용융물로 제조한 후 상기 실시예 1과 동일한 방법의 급속 응고 공정을 통해 리본형(ribbon-type)의 동-철 합금을 제조하였다.

각 조성별로 제조된 동-철 합금의 미세조직을 전자주사현미경(SEM)으로 측정하여 도 12에 나타내었다.

도 12에 나타낸 바와 같이, 동-철 합금 내 Fe 함량이 Cu에 비해 더 많은 경우에도, 여전히 Cu 기지(matrix) 조직이 유지되면서, Fe 상이 Cu 기지 내에 균일하게 분산된 것을 확인할 수 있다.

Claims

동철(Cu-Fe)합금 또는 금속 철(Fe)과 금속 동(Cu)을 용해시켜 철 15~80중량%와 실리콘(Si), 바나듐(V), 마그네슘(Mg) 및 니오븀(Nb) 중 1종 이상을 함량 합으로 1.0~5.0중량% 및 잔부 구리를 포함하는 용용물을 형성하는 단계 및
상기 용융물을 용융 방사(melt-spinning)하여 리본형(ribbon type)의 합금을 형성하거나, 상기 용융물을 사출 응고(injection-molding)하여 와이어형(wire type)의 합금을 형성하는 단계
를 포함하는 동-철 합금의 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 용융물은 20~80중량%의 철을 함유하는 것인 동-철 합금의 제조방법.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 리본형 합금은 상기 용융물을 2000~3000rpm으로 회전하는 휠(wheel) 표면에 분사시킨 후 10⁴~10⁶℃/s의 냉각속도로 급속응고하여 제조하는 것인 동-철 합금의 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 와이어형 합금은 상기 용융물을 용기에 장입한 후 100℃/s 이상의 냉각속도로 응고 및 신선하여 제조하는 것인 동-철 합금의 제조방법.
제 1항, 제 2항, 제 4항 및 제 5항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조된 동-철 합금으로서,
철(Fe) 15~80중량%와 실리콘(Si), 바나듐(V), 마그네슘(Mg) 및 니오븀(Nb) 중 1종 이상을 함량 합으로 1.0~5.0중량% 및 잔부 구리(Cu)를 포함하고, 리본형(ribbon type) 또는 와이어형(wire type)인 동-철 합금.
제 6항에 있어서,
상기 동-철 합금은 20~80중량%의 철(Fe)을 포함하는 것인 동-철 합금.
삭제