KR102345418B1 - 스마트 기기용 알루미늄 합금 외장재의 제조 방법 - Google Patents

스마트 기기용 알루미늄 합금 외장재의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 압출이나 다이캐스팅에 의하지 않고, 회전하는 금형을 이용한 박판 주조 방식을 이용하여 형성하는 스마트 기기용 알루미늄 합금 외장재의 제조 방법 및 상기 방법에 의하여 제조된 스마트 기기용 알루미늄 합금 외장재를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 방법은 알루미늄 합금 용탕을 준비하는 단계; 상기 알루미늄 합금 용탕을 회전하는 금형을 이용하여 판상으로 주조하여, 알루미늄 합금 주조 판재를 형성하는 단계; 및 상기 알루미늄 합금 주조 판재를 양극산화 처리하는 단계;를 포함하고, 상기 알루미늄 합금 주조 판재를 형성하는 단계에서, 하기의 수학식 1의 X 값이 0 초과 내지 0.15 이하 범위의 값을 가질 수 있다.
<수학식 1>
X= (WZn+WMg+WCu+WSi)/ TC
여기에서, WZn+WMg+WCu+WSi 는 상기 알루미늄 합금 내의 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 구리(Cu) 및 실리콘(Si)의 함량을 모두 합한 총 함량(wt%)이고, TC는 상기 회전하는 금형의 열전도도(W/m K)이다.

Description

스마트 기기용 알루미늄 합금 외장재의 제조 방법{Method of manufacturing metal exterior material for smart device}
본 발명의 기술적 사상은 알루미늄 합금 주조재 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스마트 기기의 외장재로 사용할 수 있는 알루미늄 합금 주조재의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 디자인과 내구성을 중시하는 소비자의 욕구를 충족시키기 위하여, 스마트폰, 태블릿, 노트북, 스마트워치, 전자책 리더기 등의 각종 전자기기에 금속 외장재를 적용하는 경향이 있다.
이러한 스마트 기기용 외장재로서 알루미늄 합금이 적용되고 있다. 알루미늄 합금으로 외장재를 제조하기 위하여 통상 주조재를 압출(Extrusion)하여 알루미늄 모재를 제조하고, 상기 모재를 수치제어(Numerical control) 공작기계를 활용하여 최종 형상으로 가공한 후, 표면을 양극산화(anodizing) 처리를 실시하여 고급스러운 색상 및 질감을 구현하는 방법을 사용해오고 있다. 일반적으로 상기 알루미늄 모재는 연속 주조한 빌렛에 대하여 균질화 열처리, 압출 및 시효처리 등을 수행하여 제조되며, 이를 CNC 가공과 같은 절삭가공 및 양극산화 처리하여 전자기기용 금속 외장재로 적용한다.
그러나, 종래의 압출공정을 기반한 알루미늄 외장재 제조공정의 경우 주조 빌렛을 재가열하여 균질화 열처리를 수행하고, 이후 다시 예열하여 열간 압출을 수행하는 공정을 거쳐야 하기 때문에 에너지 소모가 많은 단점이 있다. 또한 고강도 알루미늄 합금인 6000계 혹은 7000계 합금의 경우 압출하중이 높기 때문에 초기 설비투자 비용이 높은 단점이 있다. 추가적으로 압출 시 압출재 내/외부의 변형량 차이에 기인한 잔류응력에 의하여 절삭가공 시 치수 정밀도가 떨어지기 때문에 황삭 가공이 필요하며 이는 가격 상승에 주요한 원인이 된다.
한편, 또 다른 제조 방법으로서, 종래의 다이캐스팅을 기반한 알루미늄 외장재 제조공정의 경우에는 전자기기 외장재의 최종 형상과 유사하게 주조가 가능하며, 압출공정 대비 설비비 및 에너지 소모가 비교적 낮은 장점이 있지만, 소재 표면 및 내부 기공발생 또는 소재와 금형의 소착에 의한 높은 불량률의 단점이 있다. 또한, 일반적으로 알루미늄 합금 다이캐스팅 시 용탕의 유동성을 높이기 위하여 다량 첨가되는 실리콘(Si)의 경우 양극산화 처리 시 산화반응에 의하여 균일하고 우수한 양극산화 표면을 형성하는 것을 방해하는 문제점이 있다. 또한 일반적으로 다이캐스팅용 알루미늄 합금계열은 전신재용 알루미늄 합금 대비 강도가 낮은 단점이 있다.
한국특허출원번호 제10-2015-0100890호
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 압출이나 다이캐스팅에 의하지 않고, 회전하는 금형을 이용한 박판 주조 방식을 이용하여 형성하는 스마트 기기용 알루미늄 합금 외장재의 제조 방법 및 상기 방법에 의하여 제조된 스마트 기기용 알루미늄 합금 외장재의 제공을 목적으로 한다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 회전하는 금형을 이용하여 스마트 기기용 알루미늄 합금 외장재를 제조하는 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 방법은 알루미늄 합금 용탕을 준비하는 단계; 상기 알루미늄 합금 용탕을 회전하는 금형을 이용하여 판상으로 주조하여, 알루미늄 합금 주조 판재를 형성하는 단계; 및 상기 알루미늄 합금 주조 판재를 양극산화 처리하는 단계;를 포함하고, 상기 알루미늄 합금 주조 판재를 형성하는 단계에서, 하기의 수학식 1의 X 값이 0 초과 내지 0.15 이하 범위의 값을 가질 수 있다.
<수학식 1>
X= (WZn+WMg+WCu+WSi)/ TC
여기에서, WZn+WMg+WCu+WSi 는 상기 알루미늄 합금 내의 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 구리(Cu) 및 실리콘(Si)의 함량을 모두 합한 총 함량(wt%)이고, TC는 상기 회전하는 금형의 열전도도(W/m K)이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 알루미늄 합금 주조 판재를 형성하는 단계를 수행한 후, 상기 알루미늄 합금 주조 판재를 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 열처리하는 단계는, 420℃ 내지 570℃ 범위의 온도에서 30분 내지 10 시간 동안 용체화 처리를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 열처리하는 단계는, 상기 용체와 처리 후 100℃ 내지 250℃ 범위의 온도에서 1 시간 내지 30 시간 동안 시효 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 알루미늄 합금 주조 판재를 형성하는 단계를 수행한 후, 상기 알루미늄 합금 주조 판재를 절삭 가공 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 절삭 가공을 수행하기 전에 상기 알루미늄 합금 주조 판재를 냉간 가공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 절삭 가공을 수행하기 전에 상기 알루미늄 합금 주조 판재를 열간 가공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 열간 가공하는 단계는 열간 단조 또는 핫 스탬핑 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 알루미늄 합금 주조 판재는 6000계 알루미늄 합금 또는 7000계 알루미늄 합금을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 알루미늄 합금 주조 판재는, 5 wt% 내지 10 wt% 범위의 아연(Zn); 1 wt% 내지 4 wt% 범위의 마그네슘(Mg); 0 wt% 초과 내지 3 wt% 범위의 구리(Cu); 0 wt% 초과 내지 0.5 wt% 범위의 실리콘(Si); 및 잔부는 알루미늄과 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 알루미늄 합금 주조 판재는, 0 wt% 초과 내지 1.5 wt% 범위의 실리콘(Si); 0 wt% 초과 내지 1.2 wt% 범위의 마그네슘(Mg); 0 wt% 초과 내지 1 wt% 범위의 구리(Cu); 0 wt% 초과 내지 0.5 wt% 범위의 아연(Zn); 및 잔부는 알루미늄과 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 회전하는 금형은 구리 쌍롤로 구성되거나, 스틸 쌍롤로 구성된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 회전하는 금형은 200 W/m K 내지 500 W/m K 범위의 열전도도, 혹은 20 W/m K 내지 50 W/m K 범위의 열전도도를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 의하면, 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 구리(Cu) 및 실리콘(Si)의 총 함량(wt%)이 1.5 wt% 내지 15 wt% 범위로 포함하는 6000계 또는 7000계의 알루미늄 합금 기재; 및 상기 기재의 표면에 형성된 양극산화층;을 포함하는 스마트 기기용 알루미늄 합금 외장재가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 알루미늄 합금 기재는, 주조립 내부에 덴드라이트가 형성된 주조 조직을 가지고, 상기 양극산화층에는 아연, 마그네슘 및 구리 중 어느 하나 이상을 포함하는 역편석물에 의해서 발생되는 결함이 형성되어 있지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 덴드라이트의 평균 SDAS(secondary dendrite arm spacing)는 2 내지 20㎛의 범위를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 주조립은 등축정 조직을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 주조립은 적어도 일부가 특정 방향으로 연신되어 있는 조직을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 알루미늄 합금 기재의 적어도 일면에는 음각부가 형성될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의할 경우, 종래의 주조, 균질화처리, 압출, 열처리, 절삭가공, 양극 산화 공정을 통하여 제조하는 스마트 기기용 알루미늄 합금 외장재의 제조 공정에서, 주조에서 압출 공정에 이르기까지의 여러 단계를 박판 주조 공정으로 대체함으로써 공정 단계를 간소화할 수 있고 제조 비용을 크게 감소시킬 수 있다. 상기 제조 방법으로 제조된 스마트 기기용 알루미늄 합금 외장재는 우수한 기계적 특성과 함께 우수한 양극 산화 표면 특성을 가질 수 있다.
상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 기기용 알루미늄 합금 외장재의 제조 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 기기용 알루미늄 합금 외장재의 제조 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 기기용 알루미늄 합금 외장재의 제조 방법을 이용하여 형성한 알루미늄 합금 외장재의 내부 구조를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 기기용 알루미늄 합금 외장재의 제조 방법을 이용하여 형성한 알루미늄 합금 외장재를 나타내는 3차원 컴퓨터 단층촬영 결과들이다.
도 5는 실험예1에 따른 알루미늄 합금 주조 판재를 열처리를 수행한 후 미세조직을 나타내는 광학현미경 사진들이다.
도 6은 본 발명의 실시예를 따르는 알루미늄 합금 주조 판재의 미세 조직을 관찰한 결과이다.
도 7은 실험예1에 따른 알루미늄 합금 주조 판재를 양극산화 처리를 수행한 후 표면 상태를 나타내는 외관 사진들이다.
도 8은 실험예1에 따른 알루미늄 합금 주조 판재를 열간 가공을 수행한 후 외관 상태를 나타내는 외관 사진들이다.
도 9는 실험예1에 따른 알루미늄 합금 주조 판재를 열간 가공을 수행한 후 미세조직을 나타내는 광학 사진들이다.
도 10은 실험예2에 따른 알루미늄 합금 주조 판재를 열처리를 수행한 후 미세조직을 나타내는 광학 사진들이다.
도 11은 실험예2에 따른 알루미늄 합금 주조 판재를 양극산화 처리를 수행한 후 표면 상태를 나타내는 외관 사진들이다.
도 12는 실시예1 및 비교예3에 따른 알루미늄 합금 주조 판재의 양극산화 특성, 외관 및 미세 조직의 차이를 비교한 결과이다.
도 13은 비교예3에 따른 알루미늄 합금 주조 판재의 역편석물을 분석한 SEM-EDS 사진들이다.
도 14는 실시예1 및 비교예3에 따른 알루미늄 합금 주조 판재에 대하여 회전하는 금형의 열전도도에 따른 응고 메커니즘을 설명하는 모식도이다.
도 15는 <수학식 1>에 나타난 X 값을 도시한 그래프이다.
도 16는 박판 주조 장치의 일 예로서 제시된 쌍롤 주조 장치의 개략도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.
본 명세서에서 박판 주조(strip casting)는 연속주조법의 일종으로서 금속 용탕을 직접 회전하는 롤 이나 벨트 형태의 금형(mold)에 투입하여 박 슬라브(thin slab)를 제조하는 기술을 의미한다. 이러한 박판 주조법은 쌍롤(twin roll) 주조법, 트윈-벨트(twin belt) 주조법 등을 포함한다.
도 16에는 박판 주조 장치의 일 예로서 쌍롤 주조 장치가 제시되어 있다. 도 16를 참조하면, 쌍롤 주조 장치는 한 쌍의 회전하는 쌍롤(twin roll, 124)과, 쌍롤(124) 사이의 이격 공간으로 용탕을 주입하는 용탕주입수단(180)을 포함하여 구성된다. 용탕주입수단(180)은 용해로로부터 용탕을 제공받아 일시적으로 보관하는 턴디쉬(182)와, 상기 턴디쉬(182)로부터 용탕을 쌍롤(124) 사이의 이격 공간으로 안내하여 주입하는 노즐(184) 및 주입구(186)을 포함한다. 쌍롤(124)의 이격 공간으로 주입된 용탕은 쌍롤에 의해 냉각되어 응고되면서 동시에 쌍롤(124)에 의한 압연되는 효과를 받고 고상의 판재(P)로 배출되게 된다. 이때 쌍롤(124)를 구성하는 롤러의 내부에는 냉각수로(125)가 구비된다. 냉각수로(125)는 상기 용탕의 열을 흡열하기 위한 구성으로서 방사성으로 다수 개가 구비되며 냉각수의 유량을 제어할 수 있도록 펌프와 연결되어 있다.
본 발명에 있어서, 중요한 기술 사상 중 하나는 박판 주조 시 표면 특성이 우수한 알루미늄 박판을 획득하기 위해서는 적절한 응고 속도가 필요하며, 이러한 응고 속도는 알루미늄 합금 내에 포함된 합금 원소의 함량과 서로 연동된다는 것이다. 상기 합금 원소는 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 실리콘(Si) 등을 포함한다.
본 발명의 발명자들은 상술한 박판 주조 장치를 이용하여 박판 주조된 알루미늄 합금 판재의 표면에 합금 원소를 포함하는 역편석물이 형성될 경우, 상기 역편석물이 형성된 부분에서는 양극산화 시 양극산화 층의 색상이 불균일하게 되거나 정상적으로 형성되지 않는 등 여러가지 문제점이 발생되는 것을 발견하였다. 이러한 역편석물이 형성되는 경향은 알루미늄 합금 내에 함유된 합금 원소의 함량이 많을수록 증가하며, 따라서 7000계와 같은 고합금계 알루미늄 합금의 경우에는 이러한 역편석에 의한 양극산화 특성의 열화가 더욱 심각하게 나타나게 된다.
본 발명의 발명자들은 이러한 역편석에 의한 문제점을 해결하기 위해서는 박판 주조시 응고되는 속도를 빠르게 수행할 필요가 있으며, 이러한 응고속도는 알루미늄 합금에 함유된 합금의 함량이 많을수록 더 빠르게 수행해야 됨을 발견하였다. 박판 주조의 경우 주조 시 응고속도는 회전하는 금형을 통해 냉각되는 속도와 직접적으로 관련이 되어 있다. 즉, 회전하는 금형 재료의 열전도도가 클수록 냉각 속도가 증가하며, 이에 따라 용탕의 응고 속도는 증가하게 된다. 이에 본 발명자들은 다수의 실험을 통해 표면의 역편석을 억제하기 위한 조건으로서, 박판 주조 되는 알루미늄 합금 내 합금 원소의 함량과 회전하는 금형의 열전도도와의 관계식을 도출하였으며(이에 대해서는 자세하게 후술한다), 이를 통해 종래 압출재를 이용한 알루미늄 합금 판재와 비교하여 양극산화 특성이 동등한 알루미늄 합금 주조 판재를 제조할 수 있었다. 따라서 전신재 합금 조성인 6000계 또는 7000계에 해당되는 고강도 알루미늄 합금의 경우에도 소정의 조건에서 박판 주조될 경우에는 별도의 추가적인 변형 가공 없이 그 자체로 우수한 기계적 특성과 함께 양극산화 특성을 동시에 구현함으로써 종래에 비해 용이하고 경제적으로 스마트 기기용 외장재의 제조가 가능하게 된다.
이하에서는 이러한 본 발명의 기술 사상의 구현 방법에 대해서 구체적으로 기술하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 기기용 알루미늄 합금 외장재의 제조 방법(S100)을 도시하는 흐름도이다. 상기 스마트 기기는 스마트폰, 태블릿, 노트북, 스마트워치, 전자책 리더기 등의 다양한 휴대용 전자 기기를 포함한다.
도 1을 참조하면, 스마트 기기용 알루미늄 합금 외장재의 제조 방법(S100)은, 알루미늄 합금 용탕을 준비하는 단계(S110), 상기 알루미늄 합금 용탕을 회전하는 금형을 이용하여 판상으로 주조하여 알루미늄 합금 주조 판재를 형성하는 단계(S120), 상기 알루미늄 합금 주조 판재를 열처리하는 단계(S140), 상기 알루미늄 합금 주조 판재를 절삭 가공하는 단계(S150) 및 상기 알루미늄 합금 주조 판재를 양극산화 처리하는 단계(S160);를 포함한다.
상기 알루미늄 합금 주조 판재를 형성하는 단계(S120)에서, 하기의 수학식 1의 X 값이 0 초과 내지 0.15 이하 범위의 값을 가질 수 있다.
<수학식 1>
X= (WZn+WMg+WCu+WSi)/ TC
여기에서, WZn+WMg+WCu+WSi 는 중량%(wt%)로 나타낸 상기 알루미늄 합금 내의 아연(Zn)의 함량(WZn), 마그네슘(Mg)의 함량(WMg), 구리(Cu)의 함량(WCu) 및 실리콘(Si)의 함량(WSi)의 총합이고, TC는 상기 회전하는 금형의 열전도도(W/m K)이다.
상기 회전하는 금형은 구리 쌍롤(copper twin roll)로 구성되거나, 스틸 쌍롤(steel twin roll)로 구성될 수 있다. 여기서 구리 쌍롤은 순수한 구리 혹은 구리 합금으로 이루어진 쌍롤을 모두 포함한다. 여기서 구리 쌍롤의 열전도도는 200 W/m K 내지 500 W/m K 범위를 가질 수 있다. 또한 스틸 쌍롤의 열전도도는 20 W/m K 내지 50 W/m K의 범위를 가질 수 있다.
상기 열처리하는 단계(S140)는 박판 주조된 알루미늄 판재의 내부 특성을 균질하게 하거나 혹은 기계적 특성 등을 향상시키기 위하여 수행되는 모든 열처리를 포함한다. 상기 열처리하는 단계(S140)는 용체화 처리 및 시효 처리를 포함할 수 있다. 상기 용체화 처리는 420℃ 내지 570℃ 범위의 온도에서 30분 내지 10 시간 동안 수행될 수 있다. 상기 용체화 처리를 수행한 후 수냉 ??칭을 수행할 수 있다. 상기 시효 처리는 100℃ 내지 250℃ 범위의 온도에서 1 시간 내지 30 시간 동안 수행될 수 있다.
상기 절삭 가공하는 단계(S150)는 스마트 기기 외장재의 형상이나 구조를 형성하기 위하여 수행될 수 있다. 특히 본 절삭 가공은 스마트 기기 외장재에 형성되는 여러 구조, 예를 들어 음각부나 구멍 등을 구현하기 위해 수행될 수 있다. 대표적으로 절삭 가공은 CNC(computer numerical control) 가공 등에 의해 수행될 수 있다.
상기 양극산화 처리하는 단계(S160)은 상기 박판 주조된 주조재의 표면에 미려한 색상을 가지는 양극산화층을 형성하는 단계로서, 형성된 양극산화층은 1 내지 100㎛ 범위를 가질 수 있다.
본 실시예의 일부 변형예로서, 상기 열처리하는 단계(S140) 및 상기 절삭 가공하는 단계(S150) 중 어느 하나 이상은 경우에 따라 생략될 수 있다. 즉 본 변형예에 의하면 박판 주조된 알루미늄 판재를 열처리 혹은 절삭 가공 없이 바로 양극산화 처리를 수행하여 표면 처리된 알루미늄 합금 부재를 제조할 수 있다.
본 실시예의 또 다른 변형예로서, 절삭 가공하는 단계(S150) 이전에 알루미늄 합금 주조 판재를 냉간 가공하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 냉간 가공은 냉간 압연 혹은 냉간 압출을 포함할 수 있다. 이러한 냉간 가공은 가공 경화를 통해 주조 판재의 강도를 향상시킬 목적으로 선택적으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 용체화 처리 및 시효 처리가 완료된 주조 판재를 냉간 압연을 수행함으로써 가공 경화에 의한 주조 판재의 강도 향상을 유도할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 스마트 기기용 알루미늄 합금 외장재의 제조 방법(S200)을 도시하는 흐름도이다. 참고로, 도 1의 실시예와 중복되는 구성요소의 설명은 생략하기로 한다.
도 2를 참조하면, 스마트 기기용 알루미늄 합금 외장재의 제조 방법(S200)은, 알루미늄 합금 용탕을 준비하는 단계(S210), 상기 알루미늄 합금 용탕을 회전하는 금형을 이용하여 판상으로 주조하여 알루미늄 합금 주조 판재를 형성하는 단계(S220), 상기 알루미늄 합금 주조 판재를 열간 가공하는 단계(S230), 상기 알루미늄 합금 주조 판재를 열처리하는 단계(S240), 상기 알루미늄 합금 주조 판재를 절삭 가공하는 단계(S250) 및 상기 알루미늄 합금 주조 판재를 양극산화 처리하는 단계(S260)를 포함한다.
상기 열간 가공하는 단계(S230)는 절삭 가공을 수행하기 전에 최종 외장재의 형상에 근접하게 제조하는 단계로서, 상기 열간 가공에 의해 절삭 가공 시의 절삭 가공량을 감소시켜, 절삭 가공 과정에서 발생되는 스크랩(scrap)를 감소시키는 효과를 얻을 수 있다. 이러한 열간 가공은 예를 들어, 열간 단조 또는 핫 스탬핑 중 적어도 어느 하나를 이용하여 수행될 수 있다.
상술한 방법들을 이용하여 제조한 스마트 기기용 알루미늄 합금 외장재는, 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 구리(Cu) 및 실리콘(Si)의 총 함량(wt%)이 1.5 wt% 내지 15 wt% 범위로 포함하는 6000계 또는 7000계의 알루미늄 합금 기재; 및 상기 기재의 표면에 형성된 양극산화층;을 포함한다.
상기 알루미늄 합금 기재는 6000계 알루미늄 합금을 포함하거나 또는 7000계 알루미늄 합금을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 알루미늄 합금 기재는 알루미늄 합금 주조 판재로서, 5 wt% 내지 10 wt% 범위의 아연(Zn); 1 wt% 내지 4 wt% 범위의 마그네슘(Mg); 0 wt% 초과 내지 3 wt% 범위의 구리(Cu); 0 wt% 초과 내지 0.5 wt% 범위의 실리콘(Si); 및 잔부는 알루미늄과 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 상기 알루미늄 합금 주조 판재는, 0 wt% 초과 내지 1.5 wt% 범위의 실리콘(Si); 0 wt% 초과 내지 1.2 wt% 범위의 마그네슘(Mg); 0 wt% 초과 내지 1 wt% 범위의 구리(Cu); 0 wt% 초과 내지 0.5 wt% 범위의 아연(Zn); 및 잔부는 알루미늄과 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
상기 알루미늄 합금 기재는, 판상의 주조재로서, 미세 조직은 등축정의 주조립을 가지는 주조 조직을 가진다. 이때 주조립의 내부에는 응고 과정에서 생성된 덴드라이트(dendrite, 수지상)을 포함한다. 상기 덴드라이트는 주조 시 응고 속도에 따라 2 내지 20㎛ 범위, 엄격하게는 5 내지 20㎛ 범위의 SDAS(secondary dendrite arm spacing)를 가질 수 있다.
한편, 상기 알루미늄 합금 기재는 주조 후 냉간 가공 혹은 열간 가공이 수행된 경우에는 등축정의 주조립이 가공 방법에 따라 특정 방향(예를 들어 압연의 경우에는 가공 방향, 프레스나 단조의 경우에는 가공 방향과 수직한 방향)으로 적어도 일부가 연신되는 미세조직을 가질 수 있다.
도 3은 종래의 기술에 의한 제조 방법과, 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법을 이용하여 형성한 알루미늄 합금 외장재의 내부 구조를 나타낸다. 도 3에서 도면부호 310은 알루미늄 합금 판재 기판을 나타내며, 320은 양극산화층을 나타낸다.
도 3의 (a)를 참조하면, 종래의 압출 방법을 이용하여 형성한 알루미늄 합금 판재 기판은 결정립이 압출 방향으로 길게 연신된 미세조직을 가진다.
도 3의 (b)를 참조하면, 도 1의 제조 방법(S100)을 이용하여 형성한 알루미늄 합금 판재 기판은 주조 조직으로 등축정의 주조립으로 구성된 미세조직을 포함하고 있다.
도 3의 (c)를 참조하면, 도 2의 제조 방법(S200)을 이용하여 형성한 알루미늄 합금 판재 기판은 열간 가공, 예를 들어 열간 프레스 가공에 의하여 주조립이 연신된 주조 조직을 가지는 미세조직을 포함하나, 연신의 정도가 낮아 (a)의 압출에 의한 미세 조직과는 상이한 조직을 나타낸다.
또한 상기 알루미늄 합금 표면에는 아연, 마그네슘 및 구리 중 어느 하나 이상을 포함하는 역편석물이 형성되지 않으며, 이에 따라 역편석물에 의한 양극산화 층의 불량 부분이 나타나지 않고 매우 양호한 표면 특성을 나타내게 된다.
역편석물은 박판주조 시, 응고과정에서 덴드라이트 선단에 축적된 고농도의 용질원소들이 냉각롤을 통과하면서 압착되어 덴드라이트 사이의 틈을 경로로 판재 표면으로 이동하여 형성된 편석물로 정의된다. 이러한 역편석물이 존재하는 영역은 양극산화시 피막 형성이 정상적으로 일어나지 않게 되며, 따라서 국부적으로 양극산화층의 결함을 발생시키게 된다. 이러한 양극산화층의 결함은 스마트 기기 외장재의 품질을 저하시키는 중요한 요인이므로 이러한 역편석물의 생성을 가능한 억제하여야 한다.
본 발명의 기술 사상에 의할 경우 알루미늄 합금 외장재는 박판 주조 과정에서 응고 속도를 빠르게 제어함으로써 상술한 역편석물이 표면에 형성되지 않으며, 따라서 역편석물에 의한 양극산화층의 결함 발생을 억제할 수 있다.
요약하면, 본 발명의 기술 사상을 따르는 알루미늄 합금 외장재는 전신재에 해당되는 6000계 혹은 7000계 조성 범위를 가지고 있음에도 박판 주조에 의해 제조됨에 따라 주조 조직을 가지며, 표면에 양극산화층을 가지는 구조를 가지게 된다.
이하에서는 본 발명의 이해를 돕기 위한 실험예에 대해서 설명한다. 하기의 실험예는 발명의 이해를 돕기 위해 제시되는 것이며, 본 발명의 하기 실험예로 한정되는 것은 아니다.
도 16에 도시된 쌍롤 주조 장치를 이용하여 알루미늄 합금 주조 판재를 제조하였다. 이때 제조 조건으로서 알루미늄 합금의 조성 및 쌍롤에 사용된 재료를 변화시켰다. 회전하는 금형에 해당되는 쌍롤은 구리 쌍롤 및 스틸 쌍롤을 사용하였다. 다양한 조성의 알루미늄 합금 용탕을 턴디쉬에 주입한 후 상기 용탕을 회전하는 쌍롤 사이의 간격으로 이송하였다. 상기 용탕은 냉각수에 의해 냉각되는 쌍롤과 접촉하여 급속히 응고된 후 쌍롤 사이의 간격을 통과하면서 판재 형태의 주조재로 제조되었다.
실험예1 : 7000계 알루미늄 합금 주조 판재
표 1은 실험예1에 사용된 7000계 알루미늄 합금의 조성을 나타낸다.
Al Zn Mg Cu Fe Cr Si Mn Ti
실시예1 Bal. 5.18 2.27 1.49 0.23 0.22 0.11 0.045 0.05
실시예2 Bal. 5.90 2.40 1.89 0.17 0.20 0.14 0.96 0.04
실시예3 Bal. 5.90 2.73 1.96 0.14 0.22 0.029 0.086 0.026
실시예4 Bal. 7.79 2.64 0.01 0.20 0.21 0.22 0.09 0.030
실시예5 Bal. 7.73 2.81 1.02 0.21 0.24 0.027 0.088 0.027
실시예6 Bal. 7.98 2.68 2.00 0.19 0.23 0.030 0.089 0.030
실시예7 Bal. 9.75 2.74 1.85 0.21 0.24 0.028 0.088 0.028
비교예1 Bal. 5.0 1.31 0.004 0.1 0.10 0.2 0.28 0.02
표 1에서, 실시예들은 구리 쌍롤을 이용하여 제조한 알루미늄 합금 주조 판재이고, 비교예1은 압출 공정을 이용하여 형성된 알루미늄 합금 압출 판재이다.
도 4는 실험예 1의 실시예 1에 해당되는 판재를 스마트폰용 외장재로 CNC 가공한 것을 3D CT 촬영한 결과이다.
도 4를 참조하면, CNC 가공된 외장재는 내부 기공, 크랙 등과 같은 구조적 결함이 관찰되지 않고 양호한 상태로 가공되었음을 알 수 있다.
도 5는 실험예1에 따른 알루미늄 합금 주조 판재를 T6 열처리를 수행한 후 미세조직을 나타내는 광학현미경 사진들이다.
도 5를 참조하면, 비교예1의 알루미늄 합금 압출 판재는 압출에 의하여 길게 연신된 미세조직을 가지며, 큰 종횡비를 가짐을 알 수 있다. 반면, 실시예들의 알루미늄 합금 주조 판재들은 주조 조직으로서, 등축정의 주조립으로 구성된 미세조직을 가지고 있다.
도 6의 (a) 및 (b)에는 실시예 1 및 4의 주조립을 확대한 결과가 나타나 있다. 도 6을 참조하면, 각 실시예에서 주조립 내부에 주조 과정 중에 형성된 덴드라이트 조직이 관찰됨을 확인할 수 있다. 관찰된 덴드라이트의 SDAS(secondary dendrite arm spacing, 이차 수지상 간격)은 약 2 내지 20㎛ 범위를 가지고 있음을 확인할 수 있다.
도 7은 실험예1에 따른 알루미늄 합금 주조 판재를 양극산화 처리를 수행한 후 표면 상태를 나타내는 외관 사진들이다. 양극산화 처리는 주조 무늬, 편석, 기공 등의 결함 관찰을 용이하게 하기 위하여 은색으로 수행하였다.
도 7을 참조하면, 실시예들 모두 주조 무늬와 같은 결함들이 관찰되지 않았으며, 매우 우수한 양극산화 표면 품질을 나타내었다. 한편, 비교예 1의 경우에는 표면에 일부 얼룩 무늬가 관찰되었으며, 이는 압출 시 압출재 표면부의 결정립이 조대하게 성장하는 경우에 나타나는 결함이다. 압출재의 경우에는 이러한 결함이 발생되어 양극산화층의 품질이 저하될 수 있음을 알 수 있다.
표 2는 실험예1에 따른 알루미늄 합금 주조 판재의 기계적 특성을 나타내는 표이다.
제조공정
특이점		 항복강도
(MPa)		 인장강도
(MPa)		 연신율
(%)		 양극산화
표면특성
실시예1 구리/구리 쌍롤주조 451.4 479.6 1.82 ○
실시예2 444.2 519.8 7.92 ○
실시예3 474.6 517.6 3.68 ○
실시예4 525.0 535.2 1.32 ◎
실시예5 533.3 544.6 1.18 ◎
실시예6 525.0 560.2 2.62 ○
실시예7 520.1 534.7 1.24 ◎
비교예1 압출 435.0 471.6 12.8 ○
- 인장 시험은 각각 5회 수행하여 평균 값을 나타냄
- 양극산화 처리는 각각 1회 수행함
- 양극산화 표면특성 : ◎ 매우 우수, ○ - 우수, △ - 보통, X - 나쁨
표 2를 참조하면, 비교예1에 비하여 실시예들은 항복강도와 인장강도가 크게 나타났고, 연신율은 크게 감소되었다. 양극산화 표면 특성은, 비교예와 실시예들이 거의 같은 수준으로 우수하게 나타났다.
도 8은 실험예1에 따른 알루미늄 합금 주조 판재를 열간 가공을 수행한 후 외관 상태를 나타내는 외관 사진들이다.
도 8을 참조하면, 실험예1의 실시예1에 해당되는 알루미늄 합금을 판상으로 주조한 알루미늄 합금 주조 판재를 절삭 가공하기 이전에 열간 가공 용이성을 평가하였다. 상기 열간 가공 용이성은 250℃ 내지 400℃ 범위의 다양한 온도에서, 0.01/sec 내지 10/sec 의 다양한 변형 속도의 열간 압축시험으로 평가하였다. 높이를 기준으로 약 60%까지 압축을 수행하였음에도 모든 경우에서 외관상으로 균열이 나타나지 않았다.
도 9는 실험예1에 따른 알루미늄 합금 주조 판재를 열간 압축시험을 수행한 후 미세조직을 나타내는 광학현미경 사진들이다.
도 9를 참조하면, 도 8의 외관 결과와 유사하게, 내부의 미세조직에서도 균열 등의 결함이 발견되지 않았다. 다만, 열간 압축이 수행되었기 때문에 결정립이 다소 연신된 형태로 배열되었다. 그러나, 도 5의 비교예1의 알루미늄 합금 압출 판재의 미세조직과 비교하면, 종횡비(aspect ratio)가 상당히 작은 것을 확인할 수 있다. 이와 같이 열간 가공을 수행한 후 결함이 발생하지 않는 이유는 알루미늄 합금 주조 판재의 미세한 주조립과 정출상의 분포에 기인한 것으로 분석된다. 즉, 주조립 크기가 미세할 경우 인가된 변형량이 다수의 주조립으로 분산되어 균열 등 결함 발생을 지연시킬 수 있다. 또한 조대한 정출상이 존재할 경우에는 취성으로 인하여 정출상이 우선 파단되고, 이로 인하여 발생한 균열이 전파될 수 있으나, 본 실험예의 알루미늄 합금 주조 판재의 경우에는 취성을 유발하는 조대한 정출상이 생성되지 않음에 따라 균열이 발생하지 않은 것으로 해석된다.
실험예2 : 6000계 알루미늄 합금 주조 판재
표 3은 실험예2에 사용된 6000계 알루미늄 합금의 조성을 나타낸다.
Al Si Mg Cu Fe Mn Ti Cr Zn
실시예8 Bal. 1.21 0.58 0.01 0.08 0.06 0.02 - -
실시예9 Bal. 1.18 0.62 0.09 0.08 0.06 0.02 - -
실시예10 Bal. 1.25 0.64 0.23 0.07 0.06 0.02 - -
실시예11 Bal. 1.01 0.55 0.01 0.18 0.01 0.02 0.01 0.006
실시예12 Bal. 1.32 0.48 0.11 0.13 0.08 0.03 0.02 -
비교예2 Bal. 0.70 0.85 0.73 0.10 0.30 0.02 0.02 -
표 3에서, 실시예8 내지 10은 구리 쌍롤을 이용하여 제조한 알루미늄 합금 주조 판재이고, 실시예11 및 12는 스틸 쌍롤로 제조된 알루미늄 합금 주조 판재이며, 비교예2는 압출 공정을 이용하여 형성된 알루미늄 합금 압출 판재이다.
도 10은 실험예2에 따른 알루미늄 합금 주조 판재를 T6 열처리를 수행한 후의 미세조직을 나타내는 광학현미경 사진들이다. 도 10를 참조하면, 비교예2의 알루미늄 합금 압출 판재는 압출에 의하여 길게 연신된 미세조직을 가지며, 큰 종횡비를 가짐을 알 수 있다. 반면, 실시예들의 알루미늄 합금 주조 판재들은 주조 조직으로서, 등축정의 주조립으로 구성된 미세조직을 가지고 있다.
도 6의 (c)에는 실시예11의 주조립을 확대한 결과가 나타나 있으며, 이를 관찰하면 주조립 내부에 약 20㎛ 이하의 SDAS를 가지는 덴드라이트 조직이 형성되었음을 확인할 수 있다.
실시예 11과 실시예12와 같이, 스틸 쌍롤로 제조된 경우에는, 표면부에 일부의 연신된 결정립을 가지는 조직을 형성할 수 있다.
도 11은 실험예2에 따른 알루미늄 합금 주조 판재를 양극산화 처리를 수행한 후 표면 상태를 나타내는 외관 사진들이다. 양극산화 처리는 주조 무늬, 편석, 기공 등의 결함 관찰을 용이하게 하기 위하여 은색으로 수행하였다.
도 11을 참조하면, 실시예들과 비교예 모두 주조 무늬와 같은 결함들이 관찰되지 않았다. 양극산화 표면 특성은, 비교예와 실시예들이 거의 같은 수준으로 우수하게 나타났다.
표 4는 실험예2에 따른 알루미늄 합금 주조 판재의 기계적 특성을 나타내는 표이다.
제조공정
특이점		 항복강도
(MPa)		 인장강도
(MPa)		 연신율
(%)		 양극산화
표면특성
실시예8 구리/구리 쌍롤주조 305.1 330.6 7.14 ◎
실시예9 330.4 330.6 7.98 ◎
실시예10 320.0 360.8 14.61 ◎
실시예11 스틸/스틸
쌍롤주조		 289.8 322.6 9.38 ○
실시예12 260.2 294.0 12.0 ○
비교예2 압출 319.0 373.1 13.6 ○
- 인장 시험은 각각 5회 수행하여 평균 값을 나타냄
- 양극산화 처리는 각각 1회 수행함
- 양극산화 표면특성 : ◎ 매우 우수, ○ - 우수, △ - 보통, X - 나쁨
표 4를 참조하면, 실시예8 내지 12의 시편들은 조성에 따라 260 내지 330 MPa의 항복강도와 약 300 내지 360 MPa의 인장강도를 나타내었다. 이로부터 본 발명의 실시예를 따르는 판재는 스마트 폰과 같은 스마트 기기의 외장재로서 충분히 사용이 가능한 강도 특성을 가지고 있음을 확인할 수 있다. 한편, 양극산화 표면특성의 경우, 압출재인 비교예2와 비교할 때 동등한 수준의 특성을 나타냄을 확인할 수 있다.
회전하는 금형의 열전도도 영향 분석
이하에서는, 회전하는 금형의 열전도도에 따른 알루미늄 합금 주조 판재에 대한 영향을 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 12는 실시예1 및 비교예3에 따른 알루미늄 합금 주조 판재의 양극산화 특성, 외관 및 미세 조직의 차이를 비교한 결과이다. 도 12에서, 실시예1과 비교예3은 동일한 합금 조성(A7075)을 가지며, 실시예1은 구리 쌍롤은 이용하여 제조한 것이며, 비교예3은 스틸 쌍롤을 이용하여 제조한 것이다. 구리 쌍롤의 경우 200 W/m K 내지 500 W/m K 범위의 열전도도를 가지는 것으로 알려져 있으며, 스틸 쌍롤은 20 W/m K 내지 50 W/m K 범위의 열전도도를 가지는 것으로 알려져 있다.
도 12의 (a) 및 (b)에는, 실시예1 및 비교예3의 양극산화 후 표면을 관찰한 결과가 나타나 있다. 실시예1은 매끄럽고 우수한 양극산화된 표면을 가진다. 반면, 비교예3은 실시예1에 비해 색상이나 균일도 등에서 양극산화층의 품질이 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 특히 황색 화살표로 표시된 바와 같은 두드러진 주조 무늬를 나타내었으며, 상기 주조 무늬는 주조 방향에 대하여 수직으로 연장된 형태를 나타낸다.
도 12의 (c)에는 알루미늄 합금 주조 판재의 단면에 대한 광학현미경 사진들이 나타나있다. 도 12의 (c)를 참조하면, 실시예1은 등축정의 주조립을 가지는 가지는 주조 조직이 나타난다. 반면, 비교예3는 주조 방향을 따라서 연신된 미세조직을 가지며, 또한 표면에 역편석물이 형성되어 있다. 이로부터 표면에 형성된 역편석물에 의해 양극산화층의 품질이 열화되는 것을 알 수 있다.
도 13은 비교예3에 따른 알루미늄 합금 주조 판재의 역편석물을 분석한 SEM-EDS 사진들이다.
도 13을 참조하면, 스틸 쌍롤을 이용하여 형성한 비교예3에 따른 알루미늄 합금 주조 판재에서 발생한 상기 역편석물은 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 및 구리(Cu)를 다른 영역에 비하여 높은 함량으로 포함하는 것을 알 수 있다. 비교예3이 0.11 wt% 의 낮은 수준의 실리콘(Si)을 포함하므로, 실리콘 함량이 많은 경우에는 상기 역편석물에 실리콘의 함량이 증가될 것으로 예상된다.
도 14는 실험예1 및 비교예3에 따른 알루미늄 합금 주조 판재에 대하여 회전하는 금형의 열전도도에 따른 응고 메커니즘을 설명하는 모식도이다.
도 14를 참조하면, 구리 쌍롤과 스틸 쌍롤을 이용한 경우의 응고 조직의 형성 과정 및 역편석물의 형성 메커니즘이 나타나있다. 합금이 응고되면, 고상과 액상 사이의 용질원소의 고용도 차이에 의하여 응고 선단에는 용질원소가 축적된다.
스틸 쌍롤은 낮은 열전도도에 의하여 냉각 속도가 느리므로, 이에 따라 합금의 응고 속도가 느리고, 응고 중 형성된 고농도의 용질원소들이 인가되는 압력에 의하여 덴드라이트 사이의 미응고 영역을 경로로 판재 표면으로 이동한다. 따라서, 판재의 표면에 역편석물을 형성하게 되며, 이는 양극산화 처리 후 결함 생성의 원인으로 작용하게 된다.
구리 쌍롤 또는 구리 합금 쌍롤은 높은 열전도도에 의하여 스틸 쌍롤에 비해 냉각 속도가 빠르므로, 이에 따라 합금의 응고 속도가 빠르고, 덴드라이트 내부에 고용된 용질원소의 양이 높아지며, 덴드라이트의 응고 선단에 축적되는 용질의 양도 상대적으로 적어지게 된다. 또한, 덴드라이트도 충분히 성장하여 내부의 축적된 용질원소가 판재 표면으로 이동할 수 있는 경로가 차단된다. 따라서, 판재의 표면에서의 역편석물의 형성을 억제시킬 수 있고, 이로 인하여 양극산화 처리 후 우수한 양극 산화 품질을 가지게 된다.
이와 같이, 실시예1과 비교예3과 같이 동일 조성을 가지는 경우에도 냉각속도에 따라 표면부에서의 편석 형성 거동에 영향을 미치며 이는 곧 양극산화 특성에 영향을 미치기 때문에, 조성과 냉각속도가 함께 고려되어야 할 것으로 분석된다.
냉각속도의 경우는, 회전하는 금형의 재질, 회전하는 금형의 크기, 셋-백(Set-back) 거리, 냉각수 홀의 개수, 크기, 표면으로부터의 거리, 냉각수량 등 다양한 인자의 영향을 받기 때문에, 전체적으로 '회전하는 금형의 열전도도'라는 하나의 인자로 통일한다. 또한, 이러한 '회전하는 금형의 열전도도'의 경우에도 상기 회전하는 금형의 온도가 상승한다거나, 냉각수를 주입하는 경우 변화하기 때문에 범위로 표현한다.
이러한 회전하는 금형의 열전도도는 하기와 같은 방식으로 구할 수 있다. 먼저, 6000계 및 7000계 알루미늄 합금은 주요 원소로 Zn, Mg, Cu, Si를 포함하므로 이 4개의 원소의 무게 분율의 합을 분자로 설정하였다. 또한, 스틸 소재 금형의 경우 20 W/m K 내지 50 W/m K 범위의 열전도도를 가지고, 구리 소재 금형의 경우 200 W/m K 내지 500 W/m K 범위의 열전도도를 갖는 것으로 알려져 있는바, 이를 분모로 설정하였다. 여기에서, 열전도도의 경우에는, 온도나 냉각 조건에 따라 변화하므로 범위로 설정하였고, 상기 열전도도는 상온에서의 열전도도를 의미한다.
따라서, 하기의 수학식 1에 따라 "X" 값을 산출하였다.
<수학식 1>
X= (WZn+WMg+WCu+WSi)/ TC
여기에서, WZn+WMg+WCu+WSi 는 상기 알루미늄 합금 내의 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 구리(Cu) 및 실리콘(Si)의 총 함량(wt%)이고, TC는 상기 회전하는 금형의 열전도도(W/m K)이다.
표 5는 실험예1의 7000계 알루미늄 합금 주조 판재의 산출된 X 값을 나타내는 표이다.
Zn Mg Cu Si 합계 X 값
구리 쌍롤
200 W/m K		 구리 쌍롤
500 W/m K
실시예1 5.18 2.27 1.49 0.11 9.05 0.045 0.018
실시예2 5.90 2.40 1.89 0.14 10.33 0.052 0.021
실시예3 5.90 2.73 1.96 0.029 10.62 0.053 0.021
실시예4 7.79 2.64 0.00 0.22 10.65 0.053 0.021
실시예5 7.73 2.81 1.02 0.027 11.59 0.058 0.023
실시예6 7.98 2.68 2.00 0.030 12.69 0.063 0.025
실시예7 9.75 2.74 1.85 0.028 14.37 0.072 0.029
스틸 쌍롤
20 W/m K		 스틸 쌍롤
50 W/m K
비교예3 5.84 2.78 1.98 0.04 10.64 0.532 0.213
표 6은 실험예2의 6000계 알루미늄 합금 주조 판재의 산출된 X 값을 나타내는 표이다.
Zn Mg Cu Si 합계 X 값
구리 쌍롤
200 W/m K		 구리 쌍롤
500 W/m K
실시예8 - 0.58 - 1.21 1.79 0.009 0.004
실시예9 - 0.62 0.09 1.18 1.89 0.009 0.005
실시예10 - 0.64 0.23 1.25 2.12 0.011 0.004
스틸 쌍롤
20 W/m K		 스틸 쌍롤
50 W/m K
실시예11 0.006 0.551 0.002 1.011 1.57 0.079 0.031
실시예12 - 0.48 0.11 1.32 1.91 0.096 0.038
도 15에는 각 실시예에서의 X 값의 최대값을 도시한 그래프가 나타나 있다. 상기 X 값의 최대값은 구리 쌍롤 및 스틸 쌍롤의 열전도도를 각각 200 W/m K 및 20 W/m K로 설정하고 계산한 값이다.
표 5 및 표 6을 참조하면, 모든 실시예들은 X값이 0.15, 바람직하게는 0.1에 비하여 작으며, 따라서 상술한 바와 같이 양극산화특성이 우수하고 역편석이 발생하지 않았다. 반면, 표 5에 나타난 바와 같이, 용질 원자 함량이 상대적으로 높은 7000계 알루미늄 합금 주조 판재에서는 냉각 속도가 낮은 스틸 쌍롤을 사용한 비교예3의 경우 X값이 0.213 내지 0.532로서 0.15에 비하여 크며, 따라서 상술한 열화된 양극산화특성과 역편석이 발생하게 된다. 표 6에 나타난 바와 같이, 6000계 알루미늄 합금의 경우에는 용질 원자 함량이 상대적으로 낮으므로, 실시예11과 실시예12와 같이 스틸 쌍롤을 사용하여도 X값이 0.15에 비하여 낮게 나타났고, 따라서, 우수한 양극산화특성을 가지고 역편석이 발생하지 않았다.
상기 X 가 0 초과 내지 0.15 (wt%/ (W/m K)) 이하 범위를 만족하는 경우 충분한 냉각 속도를 구할 수 있고, 표면부의 역편석을 저감시키고 양극산화 특성을 우수하게 할 수 있다. 상기 수치 범위 밖에서는 역편석이 발생할 수 있으며, 이는 표면의 양극산화 특성을 악화시키는 원인이 될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (18)

  1. 알루미늄 합금 주조 판재를 양극산화 처리하는 단계;를 포함하는 스마트 기기용 알루미늄 합금 외장재의 제조 방법이며,
    상기 알루미늄 합금 주조 판재는
    알루미늄 합금 용탕을 준비하는 단계; 및
    상기 알루미늄 합금 용탕을 회전하는 금형을 이용하여 판상으로 주조하여, 알루미늄 합금 주조 판재를 형성하는 단계;를 포함하여 제조된 것이며,
    상기 알루미늄 합금 주조 판재는 6000계 알루미늄 합금 또는 7000계 알루미늄 합금을 포함하며,
    상기 알루미늄 합금 주조 판재를 형성하는 단계에서, 하기의 수학식 1의 X 값이 0 초과 내지 0.15 이하 범위의 값을 가지고,
    스마트 기기용 알루미늄 합금 외장재의 제조 방법.
    <수학식 1>
    X= (WZn+WMg+WCu+WSi)/ TC
    여기에서, WZn+WMg+WCu+WSi 는 상기 알루미늄 합금 내의 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 구리(Cu) 및 실리콘(Si)의 총 함량(wt%)이고, TC는 상기 회전하는 금형의 열전도도(W/m K)이다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금 주조 판재를 형성하는 단계를 수행한 후, 상기 알루미늄 합금 주조 판재를 열처리하는 단계를 더 포함하는,
    스마트 기기용 알루미늄 합금 외장재의 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 열처리하는 단계는, 420℃ 내지 570℃ 범위의 온도에서 30분 내지 10 시간 동안 용체화 처리를 수행하는 단계를 포함하는,
    스마트 기기용 알루미늄 합금 외장재의 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 열처리하는 단계는, 상기 용체화 처리 후 100℃ 내지 250℃ 범위의 온도에서 1 시간 내지 30 시간 동안 시효 처리하는 단계를 더 포함하는,
    스마트 기기용 알루미늄 합금 외장재의 제조 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금 주조 판재를 형성하는 단계를 수행한 후, 상기 알루미늄 합금 주조 판재를 절삭 가공 하는 단계를 더 포함하는,
    스마트 기기용 알루미늄 합금 외장재의 제조 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금 주조 판재는, 5 wt% 내지 10 wt% 범위의 아연(Zn); 1 wt% 내지 4 wt% 범위의 마그네슘(Mg); 0 wt% 초과 내지 3 wt% 범위의 구리(Cu); 0 wt% 초과 내지 0.5 wt% 범위의 실리콘(Si); 및 잔부는 알루미늄과 불가피한 불순물을 포함하는,
    스마트 기기용 알루미늄 합금 외장재의 제조 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금 주조 판재는, 0 wt% 초과 내지 1.5 wt% 범위의 실리콘(Si); 0 wt% 초과 내지 1.2 wt% 범위의 마그네슘(Mg); 0 wt% 초과 내지 1 wt% 범위의 구리(Cu); 0 wt% 초과 내지 0.5 wt% 범위의 아연(Zn); 및 잔부는 알루미늄과 불가피한 불순물을 포함하는,
    스마트 기기용 알루미늄 합금 외장재의 제조 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전하는 금형은 구리 쌍롤로 구성되거나, 스틸 쌍롤로 구성된,
    스마트 기기용 알루미늄 합금 외장재의 제조 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전하는 금형은 200 W/m K 내지 500 W/m K 범위의 열전도도, 혹은 20 W/m K 내지 50 W/m K 범위의 열전도도를 가지는,
    스마트 기기용 알루미늄 합금 외장재의 제조 방법.
  14. 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 구리(Cu) 및 실리콘(Si)의 총 함량(wt%)이 1.5 wt% 내지 15 wt% 범위로 포함하는 6000계 또는 7000계의 알루미늄 합금 기재; 및
    상기 기재의 표면에 형성된 양극산화층;을 포함하며,
    상기 알루미늄 합금 기재는, 쌍롤 주조법에 의해 제조된 판상의 주조재로서 주조립 내부에 덴드라이트가 형성된 주조 조직을 가지고,
    상기 양극산화층에는 아연, 마그네슘 및 구리 중 어느 하나 이상을 포함하는 역편석물에 의해서 발생되는 결함이 형성되어 있지 않은,
    스마트 기기용 알루미늄 합금 외장재.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 덴드라이트의 평균 SDAS(secondary dendrite arm spacing)는 2 내지 20㎛의 범위를 가지는,
    스마트 기기용 알루미늄 합금 외장재.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 주조립은 등축정 조직을 가지는,
    스마트 기기용 알루미늄 합금 외장재.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 주조립은 적어도 일부가 특정 방향으로 연신되어 있는 조직을 가지는,
    스마트 기기용 알루미늄 합금 외장재.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금 기재의 적어도 일면에는 음각부가 형성된,
    스마트 기기용 알루미늄 합금 외장재.

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