KR102128779B1 - 마이크로 패턴을 이용한 통전가압 접합방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 통전가압 접합방법(S100)을 제공한다. 상기 통전가압 접합방법(S100)은 마이크로 패턴(212)이 형성된 접합면(211)을 갖는 제1금속부재(210)를 준비하는 단계(S110), 상기 제1금속부재(210)의 접합면(211)에 제2금속부재(220)를 접촉하는 단계(S120), 상기 제1금속부재(210)와 상기 제2금속부재(220)를 서로 접촉하는 방향으로 가압하는 단계(S130) 및 상기 가압을 유지하는 상태로, 상기 제1금속부재(210)와 상기 제2금속부재(220)의 접촉계면에 전류를 통전하는 단계(S140)를 포함할 수 있다. 본 발명에 따르면, 마이크로 패턴의 적용 및 통전가압을 통해 빠르고 간단한 금속소재 간의 접합방법을 제공할 수 있다.

Description

마이크로 패턴을 이용한 통전가압 접합방법{Pressing-electrifying joining method using micro-pattern}
본 발명은 금속부재간 접합방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마이크로 패턴을 이용한 통전가압 방식의 금속부재간 접합방법 관한 것이다.
근 각종 산업분야에 있어서 고강도 및 경량화 구조가 증가하고 있으며 특히 자동차, 선박, 항공기 등 수송기계분야에 있어서 고강도 및 경량 부재의 활용이 주목 받고 있다.
종래의 이종 또는 동종소재 관련 접합기술은 각 소재 사이에 접착물질을 이용하여 접합을 유도하는 접착 접합기술, 클린칭이나 리베팅을 이용한 기계적 접합기술, 스폿 용접, 마찰 요접, 레이저 용접 등 용접을 이용한 접합이 활용되고 있다. 그러나 이러한 종래 기술에 의한 접합방법의 경우, 접합특성 및 공정효율을 동시에 확보하는 측면에서 비효율적인 부분이 있으며, 구체적으로 접착제를 활용한 접합기술의 경우, 박리응력에 취약하여 단독으로 활용되기에 한계가 있다. 클린칭이나 리베팅을 활용한 기계적 접합기술의 경우, 고강도강에 적용에 적용하기에는 한계가 있다. 또한, 용접을 활용한 접합기술의 경우, 비드 불량, 용접균열 및 선상조직 발달 등 용접에 따른 다양한 결함이 발생하여 용접부의 성질이 저하되는 문제가 있다.
대한민국 등록특허 제10-1047877호
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 제1금속부재 및 제2금속부재를 가압 및 통전하여 결합시키는 이종 또는 동종 금속간의 통전가압 접합방법을 제공할 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 통전가압 접합방법(S100)을 제공한다. 상기 통전가압 접합방법(S100)은 마이크로 패턴(212)이 형성된 접합면(211)을 갖는 제1금속부재(210)를 준비하는 단계(S110), 상기 제1금속부재(210)의 접합면(211)에 제2금속부재(220)를 접촉하는 단계(S120), 상기 제1금속부재(210)와 상기 제2금속부재(220)를 서로 접촉하는 방향으로 가압하는 단계(S130) 및 상기 가압을 유지하는 상태로, 상기 제1금속부재(210)와 상기 제2금속부재(220)의 접촉계면에 전류를 통전하는 단계(S140)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1금속부재(210) 및 상기 제2금속부재(220)는 이종 또는 동종 금속일 수 있다.
또한, 상기 제1금속부재(210)는 상기 제2금속부재(220)에 비하여 고강도일 수 있다.
또한, 상기 전류를 통전하는 단계(S140)에 있어서, 상기 마이크로 패턴(212)은 상기 제1금속부재(210)와 상기 제2금속부재(220)의 접촉계면에 고전류 통전을 야기하여 급속 가열 및 통전소성을 극대화할 수 있다.
또한, 상기 마이크로 패턴(212)의 높이는 0.1 내지 100 μm일 수 있다.
또한, 상기 마이크로 패턴(212)은 규칙 또는 불규칙할 수 있다.
또한, 상기 마이크로 패턴(212)은 돌기형, 선형, 공동형(cavity) 또는 이들의 조합일 수 있다.
또한, 상기 가압을 유지하는 상태로, 상기 제1금속부재(210)와 상기 제2금속부재(220)의 접촉계면에 전류를 통전하는 단계(S140)는, 상기 통전을 통해 사이 제2금속부재(220)를 상기 제2금속부재(220)의 용융점 이하의 온도로 가열할 수 있다.
또한, 상기 가압을 유지하는 상태로, 상기 제1금속부재(210)와 상기 제2금속부재(220)의 접촉계면에 전류를 통전하는 단계는 소정의 전류를 주기적으로 인가하는 방식에 의해 수행될 수 있다.
또한, 상기 소정의 전류를 주기적으로 인가하는 방식은 전류밀도 및 전류 지속 시간이 전류 인가 횟수에 반비례할 수 있다.
또한, 상기 소정의 전류를 주기적으로 인가하는 방식은, 제1전류밀도의 펄스 전류를 n회 인가하는 저전류 인가 방식, 상기 제1전류밀도보다 큰 제2전류밀도의 전류를 m회 인가하는 고전류 인가 방식 또는 이들의 조합을 포함하고, 상기 저전류 인가 방식은 상기 고전류 인가 방식보다 전류 지속시간이 짧고, n은 1보다 큰 자연수이고, m은 n보다 작은 자연수일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 마이크로 패턴(212)이 형성된 이종 또는 동종 금속 소재에 통전가압을 적용하여 빠르고 간단하게 금속소재간의 접합을 형성할 수 있다. 또한, 상기 마이크로 패턴(212)을 도입하여 접합계면의 고전류를 야기하고 급속 가열을 유도할 수 있으며, 따라서 공정시간을 획기적으로 단축시킬 수 있다. 또한, 상기 마이크로 패턴(212)이 적용됨으로써 접합부분의 통전소성 효과를 극대화하고, 상기 마이크로 패턴(212)이 상기 제2금속부재(220)의 표면부 산화층을 파괴하여 상기 제1금속부재(210) 및 상기 제2금속부재(220)간의 직접적인 야금학적 접합을 유도할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 통전가압 접합방법(S100)의 공정흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 통전가압 접합방법(S100)을 설명하기 위한 단면설명도이다.
도 3은 본 발명에 따른 통전가압 접합방법(S100)을 설명하기 위한 단면설명도이다.
도 4는 소정의 전류를 주기적으로 인가하는 방식을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 실시예 1의 철강 부재의 형태 및 접합면에 형성된 마이크로 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 실시예 1의 철강 부재의 상면에 형성된 마이크로 패턴의 이미지이다.
도 7은 실시예 1의 철강-알루미늄 접합체의 접합부의 이미지이다.
도 8은 중첩 전단 시험(Lap shear test)을 통해 실시예 1의 철강-알루미늄 접합체의 접합 강도를 측정한 그래프이다.
도 9는 실시예 1의 철강-알루미늄 접합체의 사진이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 통전가압 접합방법(S100)의 공정흐름도이다.
도 1을 참조하면, 상기 통전가압 접합방법(S100)은 마이크로 패턴(212)이 형성된 접합면(211)을 갖는 제1금속부재(210)를 준비하는 단계(S110), 상기 제1금속부재(210)의 접합면(211)에 제2금속부재(220)를 접촉하는 단계(120), 상기 제1금속부재(210)와 상기 제2금속부재(220)를 서로 접촉하는 방향으로 가압하는 단계(S130) 및 상기 가압을 유지하는 상태로, 상기 제1금속부재(210)와 상기 제2금속부재(220)의 접촉계면에 전류를 통전하는 단계(S140)를 포함할 수 있다.
상기 제1금속부재(210)는 상기 제2금속부재(220)에 비하여 고강도인 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 제1금속부재(210) 및 상기 제2금속부재(220)는 이종금속 또는 동종금속일 수 있다. 상기 제1금속부재(210) 및 상기 제2금속부재(220)가 이종 금속인 경우, 상기 제1금속부재(210)는 고강도의 경질 금속이고, 상기 제2금속부재(220)는 상기 제1금속부재에 비하여 연질의 금속이면 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1금속부재(210)는 철(Fe), 강철, 주철, 주강, 크롬(Cr), 티타늄(Ti) 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있고, 상기 제2금속부재(220)는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 주석(Sn) 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.
상기 제1금속부재(210) 및 상기 제2금속부재(220)가 동종금속인 경우, 상기 제1금속부재(210) 및 상기 제2금속부재(220)는 동종, 동급의 경우일 수 있으며, 바람직하게는 상기 제1금속부재(210)는 상기 제2금속부재(220)에 비하여 고강도일 수 있다. 바람직하게는, 상기 제1금속부재(210)의 항복응력이 상기 제2금속부재(220)와 비교하여 클 수 있다.
본 발명에 따른 통전가압 접합방법(S100)은, 이종 또는 동종의 금속 부재 간에 통전가압을 적용하여 빠르고 간단하게 접합을 형성할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1금속부재(210)의 마이크로 패턴(212)이 형성된 접합면(211)에 상기 제2금속부재(220)를 접촉시킨 후, 서로가 접촉하는 방향으로 가압하는 상태에서, 상기 제1금속부재(210) 및 상기 제2금속부재(220)의 접착계면에 전류를 통전하여 수행될 수 있다. 상기 통전을 통해 접촉계면의 금속간 상호 확산을 가속하는 확산가속화 현상을 유도하고, 상기 제2금속부재(220)의 접촉계면에 고온이 야기되어 유동성을 확보할 수 있다. 상기 제1금속부재(210)의 접착면(211)에 형성된 상기 마이크로 패턴(212)이 유동성이 확보된 상기 제2금속부재(220) 내부로 침투할 수 있는데, 이때 상기 마이크로 패턴(212)은 상기 제2금속부재(220)에 침투하여 국부 소성변형을 야기하고 산화층을 파괴하여 양 소재간의 직접적인 야금학적 결합을 유도할 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 통전가압 접합방법(S100)을 설명하기 위한 단면설명도이다.
도 2를 참조하면, 상기 제1금속부재(210)의 접촉면(211)에 마이크로 패턴(212)이 형성될 수 있다. 상기 마이크로 패턴(212)은 상기 제1금속부재(210) 및 상기 제2금속부재(220) 간의 접합면적을 확대할 수 있다. 또한, 통전 시 국부접촉면의 통전 전류밀도를 극대화하여 국부가열을 심화하고 전류의 영향을 증가시킬 수 있다. 즉, 상기 마이크로 패턴(212)은 상기 제1금속부재와 상기 제2금속부재의 접촉계면에 고전류 통전을 야기하여 상기 접촉계면의 급속 가열을 유도할 수 있으며, 이에 따라 공정 시간을 획기적으로 단축시킬 수 있다. 또한, 상기 마이크로 패턴(212)을 통해 전류에 의한 통전소성 효과를 극대화할 수 있으며, 상기 마이크로 패턴(212)이 상기 제2금속부재(220)에 침투 시 국부 소성변형량을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 마이크로 패턴(212)은 통전 및 가압 시 상기 제2금속부재(220 내부로 침투하여 기계적 체결을 유도하고, 전단응력에 대한 저항력을 확보하여 금속소재간 견고한 결합을 형성할 수 있다. 이러한 효과는 상기 마이크로 패턴(212)의 높이, 폭 등의 크기 조절을 통해 극대화될 수 있다. 구체적으로, 상기 마이크로 패턴(212)의 크기가 너무 작은 경우, 상기 접촉계면의 급속가열을 유도하고 통전소성을 극대화하는 효과가 미비하고, 반대로 상기 마이크로 패턴(212)의 크기가 너무 큰 경우 상기 마이크로 패턴(212) 자체의 기계적 안정성 저하로 인해 가압 시 계면부가 변형될 수 있는 문제가 있다. 따라서 바람직한 효과를 위해서 상기 마이크로 패턴(212)은 마이크로 스케일로 형성될 수 있고, 더욱 바람직하게는 상기 마이크로 패턴(212)의 높이는 0.1 내지 100 μm일 수 있다.
또한, 상기 마이크로 패턴(212)이 상대적으로 연질인 상기 제2금속부재(220)에 형성될 경우, 통전 및 가압 시 상기 제1금속부재(210)의 내부에 충분히 침투할 수 없는 문제가 있는바, 바람직한 효과를 위해서 상기 마이크로 패턴(212)은 상대적으로 고강도 소재인 상기 제1금속부재(210)의 접합면(211)에 형성되는 것이 유리하다.
상기 마이크로 패턴(212)은 상기 제1금속부재(210) 및 상기 제2금속부재(220)를 이루는 재료, 크기 및 접합목적을 고려하여 다양한 모양으로 상기 접합면(211)에 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 마이크로 패턴(212)은 상기 접합면(211)의 전체 또는 일부분에 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 마이크로 패턴(212)은 규칙 또는 불규칙하게 형성될 수 있다.
상기 마이크로 패턴(212)의 형상은 크게 제한되지 않으며 상기 제2금속부재(220)의 내부에 침투하여 국부소성변형을 야기하고 양 소재간 직접적인 결합을 유도할 수 있는 형상이라면 충분할 것이다. 예를 들어, 상기 마이크로 패턴(212)의 형상은 반구형, 삼각뿔, 사각뿔, 다각뿔, 원기둥, 반타원형, 다각기둥형, 직선형, 곡선형, 공동형(cavity) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 통전가압 접합방법(S100)은 상기 제1금속부재(210) 및 상기 제2금속부재(220)의 접촉계면에 전류를 통전시켜 가열할 수 있다. 상기 통전시 상기 접촉계면의 급속 가열을 유도할 수 있으며, 이는 외부열원에 의한 가열에 비해 공정의 에너지 효율을 높이고, 공정시간을 획기적으로 단축시킬 수 있다.
상기 가압을 유지하는 상태로, 상기 제1금속부재와 상기 제2금속부재의 접촉계면에 전류를 통전하는 단계(S140)는 상기 제2금속부재(220)를 가열하여 유동성을 부여할 수 있다. 이때, 상기 통전은 상기 제2금속부재(220)를 상기 제2금속부재(220)의 용융점 대비 1/3의 온도 내지 상기 제2금속부재(220)의 용융점보다 50℃ 높은 온도 범위로 가열하도록 수행될 수 있으며, 최대 상기 제2금속부재(220)의 용융점±50℃의 범위까지 가열하여 수행될 수 있다. 상기 제2금속부재(220)를 상기 제2금속부재(220)의 용융점 대비 1/3의 온도 미만으로 가열하는 경우 유동성이 부족하여 접합 효과가 미비하고, 상기 제2금속부재(220)를 용융점보다50℃ 초과하여 가열하는 경우 상기 접촉계면의 변성을 초래할 수 있다.
또한, 상기 통전은 상기 제2금속부재(220)를 상기 제2금속부재(220)의 용융점 이하의 온도로 가열하도록 수행될 수도 있는데 이는 전류를 과도하게 통전시켜 상기 제2금속부재(220)가 용융되는 경우 접합부분의 결함이 발생하거나 변질될 우려가 있기 때문이다. 본 발명은 용융점 이하의 온도 조건에서도 통전가압을 통해 짧은 시간 내에 이종 또는 동종소재의 접합을 유도하고 과도한 열 발생에 따른 접합부분의 결함 발생을 방지할 수 있다. 다만, 온도가 너무 낮은 경우 접합 효과가 저하될 수 있는바, 바람직하게는 상기 제2금속부재(220)의 용융점 대비 1/3의 온도 내지 상기 제2금속부재(220)의 용융점의 온도 범위로 가열할 수 있고, 보다 바람직하게는 상기 제2금속부재(220)의 용융점 대비 1/2 내지 2/3의 온도 범위로 가열할 수 있다. 이러한 용융점 이하의 온도에서의 접합은 본 발명의 상기 마이크로 패턴(212)에 의해 유도된 급속 가열에 의해 실현될 수 있는데, 상기 마이크로 패턴(212)은 통전 시 접촉면의 통전 전류밀도를 극대화시켜 국부가열을 심화하고 전류의 영향을 극대화시키는 역할을 수행할 수 있다.
상기 가압을 유지하는 상태로, 상기 제1금속부재(210)와 상기 제2금속부재(220)의 접촉계면에 전류를 통전하는 단계(S140)는, 상기 접촉계면 포함한 접합부의 면적, 부피 등의 접합부 특징, 접합 소재의 열용량, 밀도, 열전달 상수 등 소재 물성 및 외부 온도 등의 외부환경을 종합적으로 고려하여 설정된 적절한 전류 값과 전류 지속시간으로 수행되어야 한다.
이러한 전류 값 및 전류 하기 식 (1)을 이용하여 대략적으로 계산될 수 있다. 이때, 하기 식 (1)은 1) 통전에 의해 발생한 에너지가 전부 접합부 줄발열로 변환되고 2) 통전 시 줄발열에 의한 접합부 내 body의 온도는 동일하며 3) 열전달은 시간의 함수라는 가정사항을 포함할 수 있다.
Figure 112019008659068-pat00001
상기 식 (1)에 있어서, I는 통전 시 전류 값, R은 접합부 저항, t는 전류 지속시간, h는 열전달 계수, A는 열전달이 발생하는 표면면적, △T는 주변부와 접합부의 온도 구배, dt는 시간, m은 통전이 가해지는 부분의 질량, Cp는 열용량, dT는 접합부 온도 구배를 나타낸다.
상기 식 (1)의 I, t를 제외한 물성은 접합 소재 등에 따라 미리 결정되는 파라미터 값으로, 본 발명은 상기 식 (1)에 따라 접합 소재의 물성, 외부환경 등을 접촉 계면의 온도 상승을 예측하여 적절한 전류 값 및 전류 지속시간을 설정할 수 있다.
상기 가압을 유지하는 상태로, 상기 제1금속부재(210)와 상기 제2금속부재(220)의 접촉계면에 전류를 통전하는 단계(S140)에 있어서 전류의 인가 방식은 크게 제한되지 않으며, 바람직하게는 소정의 전류를 주기적으로 인가하는 방식에 의해 수행될 수 있다.
도 4는 상기 소정의 전류를 주기적으로 인가하는 방식을 설명하기 위한 그래프이다. 도 4를 참조하면, 상기 소정의 전류를 주기적으로 인가하는 방식은 전류밀도 및 전류 진속시간이 전류 인가 횟수에 반비례할 수 있으며, 상대적으로 낮은 저전류를 펄스 형태로 다회 인가하는 저전류 인가 방식 및 고전류를 수초 혹은 이하 수준으로 수회 인가하는 고전류 인가 방식을 포함할 수 있다. 즉, 상기 소정의 전류를 주기적으로 인가하는 방식은 제1전류밀도의 펄스 전류를 n회 인가하는 저전류 인가방식, 상기 제1전류밀도보다 큰 제2전류밀도의 전류를 m회 인가하는 고전류 인가 방식 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이때, 상기 저전류 인가 방식은 상기 고전류 인가 방식보다 전류 지속시간이 짧은 것을 특징으로 하며, n은 1보다 큰 자연수이고, m은 n보다 작은 자연수이다. 본 발명의 상기 가압을 유지하는 상태로, 상기 제1금속부재(210)와 상기 제2금속부재(220)의 접촉계면에 전류를 통전하는 단계(S140)는 상술한 바와 같이 접합부 특징, 소재 물성, 외부 환경 등의 요인에 따라 저전류, 고전류 인가 방식 또는 이들의 조합 중 적절한 방식이 선택될 수 있다.
이하에서는 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명에 대해 보다 자세하게 설명한다. 하지만, 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
본 발명의 일 실시예에 따른 통전가압 접합방식에 따라 금속 판재를 접합하고, 접합강도를 알아보기 위해 중첩 전단 시험(Lap shear test)를 수행하였다. 먼저, 도 5에 나타낸 바와 같이 가로, 세로가 각각 100 mm, 25 mm인 판상 형태이고, 접합면의 일부에 마이크로 패턴이 가로 12.5 mm, 세로 25 mm의 면적으로 형성된 철강 부재 및 상기 철강 부재와 동일한 형태를 갖되 마이크로 패턴이 형성되지 않은 알루미늄 부재를 준비하였다. 도 6은 상기 철강 부재의 상면에 형성된 상기 마이크로 패턴의 이미지이다. 상기 철강 부재의 마이크로 패턴이 형성된 접합면에 상기 알루미늄 부재를 접촉시킨 후 서로가 접촉하는 방향으로 약 100 kN으로 가압하였다. 상기 가압을 유지하는 상태로, 상기 철강부재 및 상기 알루미늄 부재의 접촉계면에 7500 A의 전류를 지속시간 5초로 1회 인가한 다음 7200 A의 전류를 지속시간 0.2초로 9회 주기적으로 인가하여 철강-알루미늄 접합체를 제조하였다. 이때, 0.2초의 전류가 인가되고 다음 전류가 인가되기까지 0.5초의 공백시간을 갖는 주기적인 전류 인가 방식이 적용되었다.
도 7은 상기 철강-알루미늄 접합체의 접합부의 이미지이다. 도 7을 참조하면, 마이크로 패터닝 후 통전 가압 시 접합부의 공극 없이 효과적인 접합이 이루어진 것을 확인할 수 있다. 도 8은 중첩 전단 시험(Lap shear test)을 통해 상기 철강-알루미늄 접합체의 접합 강도를 측정한 그래프이다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 통전가압 접합방법에 따라 접합된 상기 철강-알루미늄 접합체는 약 300 N의 높은 접합 강도를 갖는 것으로 나타났다. 도 9는 제조된 철강-알루미늄 접합체의 사진이다. 도 9를 참조하면, 알루미늄 부재에서 모재 파단이 발생하였으며, 계면의 접합이 매우 성공적으로 이루어진 것을 확인할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
210 : 제1금속부재
211 : 접합면
212 : 마이크로 패턴
220 : 제2금속부재

Claims (11)

  1. 마이크로 패턴이 형성된 접합면을 갖는 제1금속부재를 준비하는 단계;
    상기 제1금속부재의 접합면에 제2금속부재를 접촉하는 단계;
    상기 제1금속부재와 상기 제2금속부재를 서로 접촉하는 방향으로 가압하는 단계; 및
    상기 가압을 유지하는 상태로, 상기 제1금속부재와 상기 제2금속부재의 접촉계면에 전류를 통전하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하고,
    상기 가압을 유지하는 상태로, 상기 제1금속부재와 상기 제2금속부재의 접촉계면에 전류를 통전하는 단계는, 소정의 전류를 주기적으로 인가하는 방식에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 통전가압 접합방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1금속부재 및 상기 제2금속부재는 이종 또는 동종 금속인 것을 특징으로 하는 통전가압 접합방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1금속부재는 상기 제2금속부재에 비하여 고강도인 것을 특징으로 하는 통전가압 접합방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전류를 통전하는 단계에 있어서, 상기 마이크로 패턴은 상기 제1금속부재와 상기 제2금속부재의 접촉계면에 고전류 통전을 야기하여 급속 가열 및 통전소성을 극대화하는 것을 특징으로 하는 통전가압 접합방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 마이크로 패턴의 높이는 0.1 내지 100 μm인 것을 특징으로 하는 통전가압 접합방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로 패턴은 규칙 또는 불규칙한 것을 특징으로 하는 통전가압 접합방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로 패턴은 반구형, 삼각뿔, 사각뿔, 다각뿔, 원기둥, 반타원형, 다각기둥형, 직선형, 곡선형, 공동형(cavity) 또는 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 통전가압 접합방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가압을 유지하는 상태로, 상기 제1금속부재와 상기 제2금속부재의 접촉계면에 전류를 통전하는 단계는,
    상기 통전을 통해 상기 제2금속부재를 상기 제2금속부재의 용융점 이하의 온도로 가열하는 것을 특징으로 하는 통전가압 접합방법.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 소정의 전류를 주기적으로 인가하는 방식은 전류밀도 및 전류 지속 시간이 전류 인가 횟수에 반비례하는 것을 특징으로 하는 통전가압 접합방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 소정의 전류를 주기적으로 인가하는 방식은, 제1전류밀도의 펄스 전류를 n회 인가하는 저전류 인가 방식, 상기 제1전류밀도보다 큰 제2전류밀도의 전류를 m회 인가하는 고전류 인가 방식 또는 이들의 조합을 포함하고,
    상기 저전류 인가 방식은 상기 고전류 인가 방식보다 전류 지속시간이 짧고,
    n은 1보다 큰 자연수이고, m은 n보다 작은 자연수인 것을 특징으로 하는 통전가압 접합방법.
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