KR102355840B1 - Cu-Cr계 전기 접점소재와 그 제조방법 및 Cu-Cr계 전기 접점소재를 적용한 전자 장치 - Google Patents

Cu-Cr계 전기 접점소재와 그 제조방법 및 Cu-Cr계 전기 접점소재를 적용한 전자 장치 Download PDF

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Abstract

Cu-Cr계 전기 접점소재와 그 제조방법 및 Cu-Cr계 전기 접점소재를 적용한 전자 장치에 관해 개시되어 있다. 개시된 Cu-Cr계 전기 접점소재의 제조방법은 주요 구성물질로 Cu 및 Cr을 포함하고 첨가제로 Ti 및 Co를 포함하는 용융된 형태의 주조재를 마련하는 단계, 상기 주조재로부터 주조된 것으로 Cu, Cr, Ti 및 Co를 포함하는 합금 주조물을 형성하는 단계 및 상기 합금 주조물을 이속압연(differential speed rolling) 공정으로 가공하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

Cu-Cr계 전기 접점소재와 그 제조방법 및 Cu-Cr계 전기 접점소재를 적용한 전자 장치{Cu-Cr based electrical contact material, method of manufacturing the same, and electronic apparatus using Cu-Cr based electrical contact material}
본 발명은 전기 접점소재와 그 제조방법 및 적용에 관한 것으로, 보다 상세하게는 Cu-Cr계 전기 접점소재와 그 제조방법 및 Cu-Cr계 전기 접점소재를 적용한 전자 장치에 관한 것이다.
최근, 폭발적인 전력 수요증가로 송전 시스템의 과부하, 단락 등의 이상 상태에 대하여 회로 차단을 통해 안전을 유지하는 진공 차단기(vacuum interrupter)의 수요가 급증하고 있고, 이에 따라, 중ㆍ고압 또는 초고압 대용량용 진공 차단기용 전기 접점소재의 고품질화 및 고물성화를 위한 기술 개발이 요구되고 있다. 현재 대부분의 상업용 중고전압/대전류 진공 차단기에는 Cu-Cr계 전기 접점재료가 사용되고 있다.
중ㆍ고압 이상의 대용량용 접점소재 분야에서 고품질 접점소재의 개발을 위해서는 파워손실(power dissipation), 전류단속능력, 절연회복(dielectric recovery), 접점소모, 용착특성, 충격강도 등과 같은 진공 차단기용 접점소재의 주요 물성의 향상과 더불어 가격 경쟁력이 있는 합금 설계 및 제조 공정의 도입이 요구된다.
종래의 전기 접점소재의 연구 및 개발에 있어서, 소결법 및 용침법 등을 이용해서 Cu-Cr계 접점소재를 제조하고, 이를 열간가공 및 용체화처리(solution heat treatment)-시효처리(aging treatment)하여, 층상구조의 Cu-Cr 조직을 형성함으로써 접점소재의 특성을 개선하고자 하는 연구 방향이 대부분이다. 그러나 기존의 제조법으로 제조된 고분율(약 25 wt% 이상)의 불용성 Cr을 가진 중고압용 Cu-Cr 합금은 불용성 Cr 상(phase)이 100∼200 ㎛ 수준으로 조대(coarse)할 뿐만 아니라, 고분율 Cr 상들이 덴드라이트(dendrite) 혹은 워크-프레임(work-frame)(즉, 골조) 형태로 불균일하게 분포하고 있어, 전기적/기계적/가공특성 등을 일정 수준 이상으로 개선하기가 어려운 문제가 있다. 기존의 연구 방향 및 그 문제점들은 다음과 같은 다섯 가지 측면으로 아래의 표 1과 같이 요약할 수 있다.
1) 저융점 합금원소 첨가에 따른 Cu-Cr 접점소재 개발
2) 내열성 원소 첨가하여 Cu-Cr 접점소재 개발
3) 미세 석출상 제어를 위한 석출 후 소결에 의한 접점소재 개발
4) 용체화-재석출 기술을 이용한 미세구조 제어를 통한 접점소재 개발
5) 소성 가공 처리를 통한 조직 제어를 이용한 접점소재 개발
기존 연구 방향 기술내용 및 문제점
저융점 합금원소 첨가
[Cu-X, Cu-Co-X, Cu-Cr-X]
(X = Bi, Pb) 		기술내용 Pb, Bi 등의 합금원소 첨가에 의한 접점소재 개발
문제점 Pb, Bi 등의 저융점 금속은 반복적 대전류 차단에 쉽게 열화되어 비산, 증발되어 내마모성 및 내융착성 특성 충족이 어려움.
내열성 원소 첨가
[Cu-Co-X]
(X = W, Mo)		 기술내용 Cu-Cr에 내열성 원소(W, Mo)를 첨가하여 대전류 차단과 절연파괴 특성이 우수한 진공 개폐기용 조직제어된 접점소재개발
문제점 W, Mo 등의 원소는 융점이 높고 미세구조 제어가 어려움.
미세 석출상 제어를 위한 석출 후 소결
[Cu-Cr-X]
(X = W, Mo, Ta, V, Na)		 기술내용 Cu 기지에 미세 Cr-X 입자를 석출시킨 후, 적절한 소결방법/조건을 도출하고자는 방안
문제점 제안된 소결방안으로는 불용성 상의 미세화가 어렵고, 1 ㎛ 이내의 미세한 불용성 상의 형성 및 균질화는 불가함.
용체화-재석출 기술을 이용한 미세구조 제어 기술내용 고분율의 Cr 불용성 상을 용체화 처리 후 시효 처리함으로써 조직 미세화 및 균질화 시도
문제점 열처리 절차가 복잡함.
Cu에 대한 Cr의 최대 고용도는 0.67%로 낮아 미소량만이 미세화되고 나머지는 조대화를 피하기 어려움.
소성가공 처리를 통한 조직 제어 기술내용 진공주조에 의해 제조된 잉곳(ingot)을 압출(extruding), 인발(drawing), 단조(forging)하는 고온 소성 변형
문제점 강소성 변형을 유발할 수 없으며, 불용성 상의 형상이 층상의 형태로 변화됨. 즉, 미세화가 이루어지지 않아 물성 개선이 어려움.
기존의 합금원소 첨가에 의한 접점소재 물성 향상 방안으로 Cu-Bi, Cu-Pb, Cu-Co-Bi, Cu-Co-Pb, Cu-Cr, Cu-Cr-Bi, Cu-Cr-Pb와 같은 저융점 첨가원소에 의한 접점소재들이 연구 개발되었으나, 상기한 Bi, Pb 등의 저융점 금속은 대전류를 반복적으로 차단하는 경우, 쉽게 열화되어 비산, 증발되므로 내마모성이나 내용착성 특성을 충족시키는데 문제점이 있다.
또한, Cu-Cr계 접점재료에 고융점의 내열성 원소(W, Mo 등)를 첨가함으로써 대전류 차단 특성과 절연파괴 전압 특성이 우수한 진공 개폐기용 Cu-Cr계 접점소재를 제조하기 위한 방법이 제안되었으나, 상기한 고융점 내열성 원소의 첨가는 우수한 전기전도성과 내아크성 및 내용착성 등에는 효과적인 반면, 두 금속(W, Mo) 모두 융점이 3000℃ 이상으로 높고, 가격이 고가이며, 불용성 상의 조직 제어는 용이하지 않은 문제가 있다.
또한, Cr 원자와 첨가원소들(W, Mo, Ta, Nb, V, Zr 등)의 합금화를 촉진시켜 Cu 기지 조직 내부에 미세한 Cr-X (W, Mo, Ta, Nb, V, Zr 등 첨가원소들을 고용하고 있는 크롬) 입자들의 석출을 증진시키고자 하는 연구가 제안되었지만, 불용성 상의 미세화 및 균일 분산에는 어려움이 있다. 여러 가지 제안된 소결방안에도 불구하고 불용성 상의 조대화(coarsening)를 억제하기 어려운 문제가 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로 혼합 원료분말을 어트리션 밀(attrition mill)을 이용해서 습식 분쇄 혼합하여 분쇄된 혼합물을 건조한 후 환원 열처리 된 성형체를 제조하고, MA법(기계적 합금화: mechanical alloying)을 이용해서 전기 접점재료를 제조하는 방법이 제안되었다. 그러나 이 방법 역시 공정이 복잡하고 분말 원료의 합성/소결 등이 요구되므로, 주조재의 가공을 통한 대량 생산에는 어려움이 있다.
또한, 소성가공 및 용체화-재석출 기술을 응용한 것으로, Cu-Cr계 접점소재를 열간가공하고 용체화처리 및 시효처리함으로써 기계적, 전기적 특성을 향상시키는 방안이 제안되었다. 그러나 이 방법으로 제조된 Cu-Cr 합금은 주조 및 잉곳(ingot) 제조 시 5∼80％에 해당하는 불용성 상의 균일 합금화가 용이하지 않은 문제가 있다. 이를 개선하기 위해 원료를 비산화성 분위기에서 완전히 용융시킨 후 이를 응고시켜 잉곳을 제조하고, 제조된 잉곳을 800∼1070℃ 온도에서 30분∼2시간 동안 용체화처리 후 용체화처리된 잉곳(ingot)을 400∼700℃ 온도에서 30분∼2시간 동안 시효처리함으로써 조직 균질화를 달성하고자 하는 연구가 수행되었으나, 열처리 절차가 복잡하고, 이 방법 역시 1070℃에서 Cr의 최대 고용도가 0.67% 밖에 되기 않기 때문에 전체적인 불용성 상을 미세화 하기는 어려운 문제가 있다.
또한, 가공 처리를 통한 접점소재의 물성을 개선하고자 하는 이전 연구들은 대부분 진공주조에 의해 제조된 잉곳(ingot)을 압출(extruding), 인발(drawing), 단조(forging) 중 하나의 가공 방법에 의해 800∼1000℃의 가공온도에서 50∼90%의 가공비로 가공하는 것이다. 그러나 상기 압출, 인발, 단조는 모두 단면이 균일한 긴 봉이나 관을 제조한 것으로, 강한 소성 변형(즉, 강소성 변형)을 유발할 수 없기 때문에, 가공 후 불용성 상의 형상이 층상의 형태로 변화되어 미세화가 이루어지지 않아 물성 개선을 달성하는 데에 어려움이 있다.
등록특허공보 10-0144562: 진공개폐기용 Cu-Cr-재료의 제조방법 및 그 접점재료 등록특허공보 10-0643149: 진공차단기용 접점소재 제조방법 및 이에 의해 제조된 접점소재 공개특허공보 10-2015-0134917: Cu-Cr 전기접점 제조방법
N.F. Shkodich, A.S. Rogachev, S.G. Vadchenko, D.O. Moskovskikh, N.V. Sachkova, S. Rouvimov, A.S. Mukasyan, Bulk Cu-Cr nanocomposites by high-energy ball milling and spark plasma sintering, Journal of Alloys and Compounds 2014; 617: 39-46 C. Xia, W. Zhang, Z. Kang, Y. Jia, Y. Wu, R. Zhang, G. Xu, M. Wang, High strength and high electrical conductivity Cu-Cr system alloys manufactured by hot rolling-quenching process and thermomechanical treatments, Materials Science and Engineering A 2012; 538: 295-301 A. Vinogradov, T. Ishida, K. Kitagawa, V.I. Kopylov, Effect of strain path on structure and mechanical behavior of ultra-fine grain Cu-Cr alloy produced by equal-channel angular pressing, Acta Materialia 2005; 53-8: 2181-2192 Z. M. Zhou, Y. P. Wang, J. Gao, M. Kolbe, Microstructure of rapidly solidified Cu-25 wt.% Cr alloys, Materials Science and Engineering A 2005; 398: 318-322 S.V. Dobatkin, J. Gubicza, D.V. Shangina, N.R. Bochvar, N.Y Tabachkova, High strength and good electrical conductivity in Cu-Cr alloys processed by severe plastic deformation, Materials Letters 2015; 153: 5-9
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 불용성 상(phase)의 조대화에 따른 워크-프레임(work-frame) 및 덴드라이트(dendrite) 형성을 억제/방지하여 조직 미세화 및 균질화를 달성할 수 있고, 중ㆍ고압 이상의 전기 접점소재 분야에서 요구되는 다양한 물성/특성(경도, 전기전도도, 접점소모량, 내융착 특성 등)을 용이하게(획기적으로) 개선/확보할 수 있다. 아울러, 판재 형태로의 대량 생산에도 용이하게 적용될 수 있는 Cu-Cr계 전기 접점소재의 제조방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 제조방법으로 제조된 것으로, 기존의 조대한 조직을 억제하여 미세화를 꾀함으로써 우수한 물성 및 미세 조직/구조를 갖는 Cu-Cr계 전기 접점소재를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 Cu-Cr계 전기 접점소재를 적용한 전자 장치(예컨대, 진공 차단기)를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, Cu-Cr계 전기 접점소재의 제조방법으로서, 주요 구성물질로 Cu 및 Cr을 포함하고 첨가제로 Ti 및 Co를 포함하는 용융된 형태의 주조재를 마련하는 단계; 상기 주조재로부터 주조된 것으로, Cu, Cr, Ti 및 Co를 포함하는 합금 주조물을 형성하는 단계; 및 상기 합금 주조물을 이속압연(differential speed rolling) 공정으로 가공하는 단계;를 포함하는, Cu-Cr계 전기 접점소재의 제조방법이 제공된다.
상기 주조재에서 Cu 및 Cr의 총량에 대한 Cr의 함량은 약 20 wt% 이상일 수 있다.
상기 주조재에서 Ti의 함량은 약 5 wt% 이하일 수 있고, Co의 함량은 약 5 wt% 이하일 수 있다.
상기 주조재에서 Cu 및 Cr의 총량에 대한 Cr의 함량은 약 20∼30 wt% 정도일 수 있고, 상기 주조재에서 Ti의 함량은 약 1∼3 wt% 정도일 수 있으며, Co의 함량은 약 1∼3 wt% 정도일 수 있다.
상기 주조재에서 Cu 및 Cr의 총량에 대한 Cr의 함량은 약 25 wt% 일 수 있고, 상기 주조재에서 Ti의 함량은 약 3 wt% 일 수 있으며, Co의 함량은 약 1 wt% 일 수 있다.
상기 합금 주조물은 상기 주조재를 진공주조법으로 주조하여 형성할 수 있다.
상기 이속압연 공정에서 상기 합금 주조물의 온도는 약 400℃ 이하일 수 있다.
상기 이속압연 공정은 상부 롤과 하부 롤 사이로 상기 합금 주조물을 통과시켜 수행할 수 있고, 상기 상부 롤과 하부 롤의 속도비는 약 3:1 이상일 수 있다.
상기 이속압연 공정에서 기준 롤 속도는 6±3 rpm 일 수 있다.
상기 이속압연 공정은 상부 롤과 하부 롤 사이로 상기 합금 주조물을 통과시켜 수행할 수 있고, 상기 상부 롤 및/또는 상기 하부 롤의 온도는 150±30℃ 정도일 수 있다.
상기 합금 주조물은 Co-Ti 화합물, Cr-Ti 화합물 및 Co-Cr-Ti 화합물 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 Cr-Ti 화합물은 Cr2Ti를 포함할 수 있고, 상기 Co-Cr-Ti 화합물은 Co1.5Cr0.5Ti를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들에 따르면, 전술한 방법을 이용해서 제조된 Cu-Cr계 전기 접점소재가 제공된다.
본 발명의 다른 실시예들에 따르면, Cu-Cr계 전기 접점소재로서, Cu 기지 내에 Cr, Ti 및 Co가 함유된 합금 주조물을 구비하고, 상기 합금 주조물은 상기 Cr, Ti 및 Co 중 적어도 두 개에 의한 화합물 형태의 석출물을 포함하도록 구성된, Cu-Cr계 전기 접점소재가 제공된다.
상기 합금 주조물에서 Cu 및 Cr의 총량에 대한 Cr의 함량은 약 20 wt% 이상, 더 구체적으로는 약 25 wt% 이상일 수 있다.
상기 합금 주조물에서 Ti의 함량은 약 5 wt% 이하일 수 있고, Co의 함량은 약 5 wt% 이하일 수 있다.
상기 합금 주조물에서 Cu 및 Cr의 총량에 대한 Cr의 함량은 약 20∼30 wt% 정도일 수 있고, 상기 합금 주조물에서 Ti의 함량은 약 1∼3 wt% 정도일 수 있으며, Co의 함량은 약 1∼3 wt% 정도일 수 있다.
상기 석출물은 Co-Ti 화합물, Cr-Ti 화합물 및 Co-Cr-Ti 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 Cr-Ti 화합물은 Cr2Ti를 포함할 수 있고, 상기 Co-Cr-Ti 화합물은 Co1.5Cr0.5Ti를 포함할 수 있다.
상기 합금 주조물에서 상기 Cr의 적어도 일부는 불용성 Cr 상으로 존재할 수 있고, 상기 불용성 Cr 상의 평균 입자 사이즈는 약 35 ㎛ 이하일 수 있다.
상기 합금 주조물은 상기 석출물로 Co-Ti 화합물을 포함할 수 있고, 상기 Co-Ti 화합물의 평균 입자 사이즈는 약 200 nm 이하일 수 있다.
상기 Cu-Cr계 전기 접점소재는 약 160 Hv 내지 300 Hv 범위의 경도(hardness)를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들에 따르면, 전술한 Cu-Cr계 전기 접점소재를 포함하는 진공 차단기(vacuum interrupter)가 제공된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 불용성 상(phase)의 조대화에 따른 워크-프레임(work-frame) 및 덴드라이트(dendrite) 형성을 효과적으로 억제/방지하여 조직 미세화 및 균질화를 달성할 수 있고, 중ㆍ고압 이상의 전기 접점소재 분야에서 요구되는 다양한 물성/특성(경도, 전기전도도, 접점소모량, 내융착 특성 등)을 용이하게(획기적으로) 개선/확보할 수 있다. 아울러, 판재 형태로의 대량 생산에도 용이하게 적용될 수 있는 Cu-Cr계 전기 접점소재의 제조방법을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제조방법으로 제조된 것으로서, 우수한 물성 및 미세 조직/구조를 갖는 Cu-Cr계 전기 접점소재를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 Cu-Cr계 전기 접점소재를 적용하여 우수한 성능 및 내구성을 갖는 전자 장치(예컨대, 진공 차단기)를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 Cu-Cr계 전기 접점소재의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 Cu-Cr계 전기 접점소재의 제조방법에 적용될 수 있는 이속압연 공정을 예시적으로 보여주는 단면도이다.
도 3은 주조법으로 제조된 합금 시료의 광학현미경 미세조직 사진을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 Cu-Cr계 전기 접점소재의 제조방법에서 형성된 합금 주조물의 이속압연 전 상태를 보여주는 사진이다.
도 5a는 다양한 조성을 갖는 합금 주조물을 이속압연 방식으로 강소성 가공한 이후의 합금 판재를 촬영한 사진 이미지이다.
도 5b는 다양한 조성을 갖는 합금 주조물을 이속압연 방식으로 강소성 가공한 이후의 합금 판재를 촬영한 사진 이미지이다.
도 5c는 다양한 조성을 갖는 합금 주조물을 이속압연 방식으로 강소성 가공한 이후의 합금 판재를 촬영한 사진 이미지이다.
도 6은 다양한 조성을 갖는 합금 주조물을 이속압연 방식으로 강소성 가공한 이후의 합금 판재를 광학현미경으로 촬영한 미세조식 사진을 보여주는 이미지이다.
도 7은 다양한 조성을 갖는 합금 주조물을 이속압연 방식으로 강소성 가공한 합금의 경도(hardness)(Hv)를 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 8은 다양한 조성을 갖는 합금 주조물을 이속압연 방식으로 강소성 가공한 합금의 전기전도도를 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 9는 다양한 조성을 갖는 합금 주조물을 이속압연 방식으로 강소성 가공한 합금의 접점소모량을 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 10은 다양한 조성을 갖는 합금 주조물을 이속압연 방식으로 강소성 가공한 합금의 밀도를 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 11은 다양한 조성을 갖는 합금 주조물을 이속압연 방식으로 강소성 가공한 합금에 대해 220V-13A 접점 전류조건으로 5000회 동안 접점소모량을 평가한 후의 합금 표면을 SEM(scanning electron microscope)으로 촬영한 이미지이다.
도 12a는 Cu-25Cr 합금 시료의 이속압연에 의한 강소성 가공 후 TEM(transmission electron microscopy) 및 HAADF(high-angle annular dark-field imaging)에 의한 미세구조 이미지를 보여준다.
도 12b는 Cu-25Cr-3Ti-1Co 합금 시료의 이속압연에 의한 강소성 가공 후 TEM 및 HAADF에 의한 미세구조 이미지를 보여준다.
도 12c는 Cu-25Cr-3Ti-3Co 합금 시료의 이속압연에 의한 강소성 가공 후 TEM 및 HAADF에 의한 미세구조 이미지를 보여준다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
이하에서 설명할 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 명학하게 설명하기 위하여 제공되는 것이고, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용되는 단수 형태의 용어는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"이라는 용어는 언급한 형상, 단계, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 단계, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 또한, 본 명세서에서 사용된 "연결"이라는 용어는 어떤 부재들이 직접적으로 연결된 것을 의미할 뿐만 아니라, 부재들 사이에 다른 부재가 더 개재되어 간접적으로 연결된 것까지 포함하는 개념이다.
아울러, 본원 명세서에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다. 본 명세서에서 사용된 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본원 명세서에서 사용되는 "약", "실질적으로" 등의 정도의 용어는 고유한 제조 및 물질 허용 오차를 감안하여, 그 수치나 정도의 범주 또는 이에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 제공된 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 첨부된 도면에 도시된 영역이나 파트들의 사이즈나 두께는 명세서의 명확성 및 설명의 편의성을 위해 다소 과장되어 있을 수 있다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 Cu-Cr계 전기 접점소재의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 Cu-Cr계 전기 접점소재의 제조방법은 주요 구성물질로 Cu 및 Cr을 포함하고 첨가제로 Ti 및 Co를 포함하는 용융된 형태의 주조재를 마련하는 단계(S10), 상기 주조재로부터 주조된 것으로서 Cu, Cr, Ti 및 Co를 포함하는 합금 주조물을 형성하는 단계(S20) 및 상기 합금 주조물을 이속압연(differential speed rolling) 공정으로 가공하는 단계(S30)를 포함할 수 있다.
S10 단계에서 Cu 및 Cr이 용융된 용탕 내에 첨가제(첨가원소)로서 Ti 및 Co를 첨가하여 용융시킬 수 있다. 예컨대, Cu 및 Cr을 포함하는 모합금을 약 1300℃로 용융시켜 용탕을 만들 수 있고, 상기 용탕 내에 Ti 및 Co를 첨가할 수 있다. 이때, Cu는 기지(matrix) 물질을 구성할 수 있고, Cr은 비교적 고분율로 포함될 수 있으며, Ti 및 Co는 비교적 소량으로 포함될 수 있다.
예를 들어, 상기 주조재에서 Cu 및 Cr의 총량에 대한 Cr의 함량은 약 20 wt% 이상일 수 있다. 상기 주조재에서 Cu 및 Cr의 총량에 대한 Cu의 함량은 약 70 wt% 이상일 수 있다. 상기 주조재에서 Cu 및 Cr의 총량은 약 80 wt% 이상 또는 약 90 wt% 이상일 수 있다. 따라서, Cu 및 Cr은 상기 주조재의 '주요 구성물질'이라고 할 수 있다. 한편, 상기 주조재에서 Ti의 함량은 약 5 wt% 이하일 수 있고, Co의 함량은 약 5 wt% 이하일 수 있다. 다시 말해, 상기 주조재 전체에 대한 Ti의 함량은 약 5 wt% 이하일 수 있고, Co의 함량은 약 5 wt% 이하일 수 있다. 따라서, Ti 및 Co는 상기 주조재의 '첨가제'라고 할 수 있다.
보다 구체적인 예로, 상기 주조재에서 Cu 및 Cr의 총량에 대한 Cr의 함량은 약 20∼30 wt% 정도일 수 있고, 상기 주조재에서 Ti의 함량은 약 1∼3 wt% 정도일 수 있으며, Co의 함량은 약 1∼3 wt% 정도일 수 있다. 일례로서, 상기 주조재에서 Cu 및 Cr의 총량에 대한 Cr의 함량은 약 25 wt% 일 수 있고, 상기 주조재에서 Ti의 함량은 약 3 wt% 일 수 있으며, Co의 함량은 약 1 wt% 정도일 수 있다. 그러나 이러한 구체적인 함량 범위는 예시적인 것이고 달라질 수 있다.
S10 단계 및 S20 단계는 진공주조법(vacuum casting process)으로 수행될 수 있다. 이 경우, S10 단계 및 S20 단계는 진공 또는 비활성기체 분위기에서 수행될 수 있다. 따라서, 상기 합금 주조물은 상기 주조재를 진공주조법으로 주조하여 형성된 것이라 할 수 있다. S20 단계에서 상기 주조재에 대한 용해, 냉각, 응고 과정 등이 이루어질 수 있다.
상기 합금 주조물은 상기 Cr, Ti 및 Co 중 적어도 두 개에 의한 화합물 형태의 석출물을 포함할 수 있다. 이와 관련해서, 상기 합금 주조물은 Co-Ti 화합물, Cr-Ti 화합물 및 Co-Cr-Ti 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 Cr-Ti 화합물은, 예컨대, Cr2Ti를 포함할 수 있고, 상기 Co-Cr-Ti 화합물은, 예컨대, Co1.5Cr0.5Ti를 포함할 수 있다. 상기 Co-Ti 화합물, Cr-Ti 화합물 및 Co-Cr-Ti 화합물은 2차 상(phase) 또는 2차 석출물(precipitate)이라 할 수 있다.
S30 단계에서는 상기 합금 주조물을 이속압연(differential speed rolling) 공정으로 가공할 수 있다. 상기 이속압연 공정은, 예컨대, HRDSR(high-ratio differential speed　rolling) 공정일 수 있다. 이러한 이속압연 공정은 고비율 이속압연 공정 또는 고비율차 판재 압연 공정이라고 할 수 있다. 상기 이속압연 공정은 강한 소성 변형(severe plastic deformation)을 유발하는 강소성 가공 공정일 수 있다.
상기 이속압연 공정은 상부 롤과 하부 롤 사이로 상기 합금 주조물을 통과시켜 수행할 수 있고, 이때, 상기 상부 롤과 하부 롤의 속도는 서로 다를 수 있다. 상기 상부 롤과 하부 롤의 속도비(예컨대, 상부:하부)는 약 3:1 이상일 수 있다. 다시 말해, 상기 상부 롤의 속도와 상기 하부 롤의 속도는 약 3배 이상의 차이를 가질 수 있다. 상기 이속압연 공정에서 기준 롤 속도는 약 6±3 rpm 정도일 수 있다. 상기 이속압연 공정에서 상기 상부 롤 및/또는 상기 하부 롤의 온도는 약 150±30℃ 정도일 수 있다. 예컨대, 상기 기준 롤 속도는 6 rpm 일 수 있고, 상기 상부 롤 및/또는 상기 하부 롤의 온도는 약 150℃ 정도일 수 있다. 또한, 상기 이속압연 공정에서 상기 합금 주조물의 온도는, 예컨대, 약 400℃ 이하로 제어될 수 있다. 경제적 측면에서는 상기 합금 주조물의 온도(즉, 가공시 시료 온도)가 비교적 낮은 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 사용하는 첨가제인 Ti 및 Co는 고융점 첨가원소(Mo, W 등) 보다 상당히 낮은 융점을 가질 수 있다. 따라서, Ti 및 Co를 포함하는 주조재는 상대적으로 낮은 온도에서 용융 및 용체화될 수 있다. Ti 및 Co는 낮은 융점을 가질 뿐 아니라, Cu-Cr 용탕(즉, Cu 기지 및 불용성 Cr을 포함하는 용탕)에 고용되었다가 냉각/응고시 불용성 Cr 상의 성장을 억제할 수 있도록 2차 상 또는 2차 석출물 형태로 석출될 수 있다. 예를 들어, 주조 과정에서 미세한 Co-Ti 화합물이 불용성 Cr 상 주위에 석출물 형태로 존재하여 불용성 Cr 상의 워크-프레임(work-frame) 및 덴드라이트(dendrite) 형성을 억제/방지함으로써 조직의 미세화에 기여할 수 있다. 또한, 첨가된 Ti 및 Co는 불용성 Cr 상 주위에서 Cr2Ti 상, Co1.5Cr0.5Ti 상 형태로 석출되어 불용성 Cr 상의 워크-프레임(work-frame) 형성 및 조대화를 억제/방지하는 역할을 할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 이속압연 공정으로 구체화된 강소성 가공 공정을 통해서 상기 합금 주조물에 강한 전단 변형을 가함으로써, 2차적인 조직의 미세화를 달성할 수 있고, 불용성 Cr 상 및 석출상들의 분산 특성을 개선할 수 있다(즉, 균일분산 특성 달성). 상기 이속압연 공정의 공정 변수(롤 속도비, 기준 롤 속도, 롤 온도, 합금 주조물 온도 등)를 적절히 제어함에 따라, 불용성 Cr 상의 입자 사이즈와 형상 등을 제어할 수 있다. 상기 이속압연 공정시 소재가 깨지지 않으면서 조직이 미세하고 불용성 Cr 상 및 석출상들이 균일 분산된 연속 판재r가 얻어질 수 있다. 특히, 용체화 처리 후 용질(즉, Ti)이 과포화된 상태에서 이속압연 공정을 적용함으로써, 석출물의 핵생성 사이트를 대량으로 만들어 낼 수 있고, 불용성 Cr 상의 미세화 및 균일분산이 용이하게 진행될 수 있다. 결과적으로, 본 발명의 실시예에 따르면, 불용성 Cr 상의 초미세화 및 균일분산을 달성하여, 우수한 물성/특성(경도, 충격강도, 전기전도도, 접점소모량, 내융착 특성 등)을 갖는 중ㆍ고압용 전기 접점소재를 제조할 수 있다. 이러한 전기 접점소재를 대량 생산에 유리한 방법으로 용이하게 제조할 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에서 사용하는 이속압연 공정은 매우 간단하면서도 2∼3회 정도의 패스에 의해 큰 변형량이 소재(즉, 상기 합금 주조물) 내에 유발될 수 있고, 판재 형태의 소재(즉, 전기 접점소재)를 대량 생산할 수 있는 장점이 있다. 아래의 표 2는 본 발명의 실시예에서 사용하는 이속압연 공정(ex, HRDSR)과 이와 다른 방식의 강소성 가공 공정인 ECAP(equal channel angular pressing) 공정의 특성을 비교하여 정리한 것이다.
이속압연 공정 ECAP 공정
동일 변형량을 위한 공정횟수 1∼2 패스 5∼10 패스
최종 소재 형상 판재/대면적 봉상/소면적
공정 특성 매우 간단/연속 복잡/단속
생산성 대량 생산에 적합 대량 생산에 한계
표 2에 정리된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 사용하는 이속압연 공정은 매우 간단하고 대면적 판재 형태의 소재를 연속적으로 제조할 수 있기 때문에, 대량 생산에 적합할 수 있다.
기존의 중ㆍ고압용 접점소재 제조방법은 주로 분말합성/소결법을 이용함으로써 경제성이 떨어지고 공정이 복잡한 단점이 있다. 기존의 제안된 첨가원소(W, Mo, Ta, Nb, V, Zr 등)들은 Cr 원자와 합금화를 통해 Cu 기지 조직 내부에 입자들의 석출에 관한 연구가 수행되어 왔으나, 불용성 Cr 상의 미세화와 균일분산에 어려움이 있고, 여러 가지 제안된 소결방안에도 불구하고 불용성 Cr 상의 조대화(coarsening)를 억제하기 어려운 문제가 있다.
본 발명의 실시예에서 첨가제로 사용하는 Ti, Co는 융점이 기존의 고융점 첨가원소(W, Mo 등) 보다 현저히 낮은 수준이고, 용융ㆍ용체화 후 주조 과정에서 미세한 Co-Ti 화합물 등이 불용성 Cr 상 주위에 석출물 형태로 형성되어 불용성 Cr 상의 워크-프레임(work-frame) 형성을 억제/방지함으로써 미세화에 기여할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서는 기존의 압출(extruding), 인발(drawing), 단조(forging)와 같은 소성 가공 조건에서 얻을 수 없는 고변형에 의해 조직 미세화-고용-재석출에 기인하여 고분율의 Cr 상을 미세화시킴과 동시에 첨가원소 Ti, Co에 의한 2차 석출물도 고용/석출/강소성에 의해 미세화시킴과 더불어 균일분산시키는 효과를 얻을 수 있고, 결과적으로, 중ㆍ고압 전기 접점소재의 물성/특성을 용이하게(획기적으로) 개선할 수 있다. 아울러, 합금 설계 및 가공 조건의 최적화를 통해 기존의 분말 합성/소결 등의 고비용 제조 공정에서 탈피하여 주조물의 강소성 가공에 의해 미세구조를 제어함으로써, 가격 경쟁력이 있는 고효율/고물성 Cu-Cr계 중ㆍ고압용 전기 접점소재의 대량생산 및 대면적화의 실현을 가능하게 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 Cu-Cr계 전기 접점소재는 도 1을 참조하여 설명한 방법으로 제조된 것일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 Cu-Cr계 전기 접점소재는 Cu 기지 내에 Cr, Ti 및 Co가 함유된 합금 주조물을 구비할 수 있고, 상기 합금 주조물은 상기 Cr, Ti 및 Co 중 적어도 두 개에 의한 화합물 형태의 석출물을 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 합금 주조물에서 Cu 및 Cr의 총량에 대한 Cr의 함량은 약 20 wt% 이상일 수 있다. 상기 합금 주조물에서 Ti의 함량은 약 5 wt% 이하일 수 있고, Co의 함량은 약 5 wt% 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 합금 주조물에서 Cu 및 Cr의 총량에 대한 Cr 함량은 약 20∼30 wt% 정도일 수 있고, 상기 합금 주조물에서 Ti의 함량은 약 1∼3 wt% 정도일 수 있으며, Co의 함량은 약 1∼3 wt% 정도일 수 있다.
상기 Cu-Cr계 전기 접점소재에서 상기 석출물은 Co-Ti 화합물, Cr-Ti 화합물 및 Co-Cr-Ti 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 Cr-Ti 화합물은, 예컨대, Cr2Ti를 포함할 수 있고, 상기 Co-Cr-Ti 화합물은, 예컨대, Co1.5Cr0.5Ti를 포함할 수 있다.
상기 Cu-Cr계 전기 접점소재의 상기 합금 주조물에서 상기 Cr의 적어도 일부는 불용성 Cr 상으로 존재할 수 있고, 상기 불용성 Cr 상의 평균 입자 사이즈는 약 35 ㎛ 이하일 수 있다. 또한, 상기 합금 주조물은 상기 석출물로 Co-Ti 화합물을 포함할 수 있고, 상기 Co-Ti 화합물의 평균 입자 사이즈는 약 200 nm 이하일 수 있다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 Cu-Cr계 전기 접점소재는 우수한 물성/특성(경도, 강도, 전기전도도, 밀도, 접점소모량, 내융착 특성 등)을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 Cu-Cr계 전기 접점소재는 약 160 Hv 내지 300 Hv 범위의 경도(hardness)를 가질 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 Cu-Cr계 전기 접점소재의 제조방법에 적용될 수 있는 이속압연 공정을 예시적으로 보여주는 단면도이다. 이러한 이속압연 공정은 도 1의 S30 단계에서 적용될 수 있다.
도 2를 참조하면, 고비율 이속압연 공정(high-ratio differential speed rolling)(HRDSR)은 합금 주조물(즉, 시료)(10)를 상부 롤(3)과 하부 롤(4) 사이로 통과시켜 수행할 수 있고, 이때, 상부 롤(3)의 속도(V1)와 하부 롤(4)의 속도(V2)는 서로 다를 수 있다. 참조번호 1은 롤들(3, 4)을 통과하기 이전의 합금 주조물(시료)(10) 부분을 나타내고, 참조번호 2는 롤들(3, 4)을 통과한 이후의 합금 주조물(시료)(10) 부분을 나타낸다. 이러한 이속압연 공정을 이용해서 강한 전단력을 바탕으로 하는 강소성 변형을 Cu-Cr계 합금 주조물(10) 내에 인가함으로써 변형 밴드의 형성을 극대화시킬 수 있다. 상부 롤(3)과 하부 롤(4)의 이속비를 적정 범위 내에서 증가시킬수록 시료(즉, 10) 조직의 미세화와 더불어 고강도, 고경도, 기준 범위의 전기전도도 및 밀도, 낮은 접점소모량, 우수한 내융착 특성 등을 구현하는데 유리할 수 있다. 또한, 이속압연 공정에서는 최종 소재의 형상이 판재 형상을 가지기 때문에, 대량 생산에 유리하고 아울러 클래딩/용접에도 유리한 이점을 가질 수 있다.
도 3은 주조법으로 제조된 합금 시료의 광학현미경 미세조직 사진을 보여주는 도면이다. 도 3의 (a)는 Cu-25Cr 조성의 합금 시료이고, (b)는 Cu-25Cr에 3Ti 및 1Co가 첨가된 조성의 합금 시료이며, (c)는 Cu-25Cr에 3Ti 및 3Co가 첨가된 조성의 합금 시료이다. 여기서, 상기 Cu-25Cr은 Cu 및 Cr의 총량에 대한 Cr의 함량이 25 wt%인 경우를 의미한다. 상기 3Ti는 합금 시료에서 Ti의 함량이 3 wt% 인 경우를, 상기 1Co는 합금 시료에서 Co의 함량은 1 wt% 인 경우를, 상기 3Co는 합금 시료에서 Co의 함량은 3 wt% 인 경우를 의미한다. 따라서, (b)에 해당하는 Cu-25Cr에 3Ti 및 1Co가 첨가된 조성은 합금 시료에서 Cu 및 Cr의 총량에 대한 Cr의 함량이 25 wt% 이고, 상기 합금 시료에서 Ti의 함량이 3 wt% 이며, Co의 함량이 1 wt% 인 경우이다. (c)에 해당하는 Cu-25Cr에 3Ti 및 3Co가 첨가된 조성은 합금 시료에서 Cu 및 Cr의 총량에 대한 Cr의 함량이 25 wt% 이고, 상기 합금 시료에서 Ti의 함량이 3 wt% 이며, Co의 함량이 3 wt% 인 경우이다. (b)의 조성은 Cu-25Cr-3Ti-1Co로 표현할 수 있고, (c)의 조성은 Cu-25Cr-3Ti-3Co로 표현할 수 있다. (b) 및 (c)의 합금 시료들은 본 발명의 실시예에 따른 합금 시료에 대응될 수 있다. 상기한 'Cu-25Cr', 'Cu-25Cr-3Ti-1Co' 및 'Cu-25Cr-3Ti-3Co'가 의미하는 바는 아래의 명세서 내용에서도 동일하다.
도 3의 (b) 및 (c)를 참조하면, Cu-25Cr을 기본 합금 조성으로 하여, 위 합금에 Ti, Co를 각각 약 3 wt% 이하(또는 약 5wt% 이하)로 첨가한 모합금을 약 1300℃에서 용융시켜 첨가원소 Ti 및 Co가 Cu 기지 내에 고용된 후 급냉 중 불용성 Cr 상의 성장을 억제하도록 석출됨으로써, 기존의 합성/소결법으로 제조된 전기 접점소재 내에 일반적으로 발생하는 불용성 Cr 상의 덴드라이트(dendrite) 혹은 워크-프레임(work-frame) 형성을 억제하는 1차적 미세구조 제어가 이루어질 수 있다. 이들 첨가원소들은 기존의 초고융점 첨가원소(Mo, W 등) 보다 상단히 낮은 융점을 가질 뿐 아니라 Cu 기지/불용성 Cr에 고용되었다가 응고시 석출되며, 효과적으로 불용성 Cr 상의 워크-프레임(work-frame) 형성을 억제할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 Cu-Cr계 전기 접점소재의 제조방법에서 형성된 합금 주조물의 이속압연 전 상태를 보여주는 사진이다. 즉, 도 4의 합금 주조물은 도 1의 S20 단계에서의 합금 주조물에 대응될 수 있다.
도 4를 참조하면, 합금 주조물은 판재 형상을 가질 수 있고, 예컨대, 직사각형의 판재 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 장축의 길이는 약 70 mm 정도일 수 있고, 단축의 길이(폭)는 약 30 mm 정도일 수 있으며, 두께는 약 3 mm 정도일 수 있다. 그러나 여기서 개시한 판재의 형태 및 치수는 예시적인 것이고, 다양하게 변화될 수 있다.
도 5a는 다양한 조성을 갖는 합금 주조물을 이속압연 방식으로 강소성 가공한 이후의 합금 판재를 촬영한 사진 이미지이다. 합금 주조물의 조성은 Cu-25Cr, Cu-25Cr-3Ti-1Co 및 Cu-25Cr-3Ti-3Co 였다. 이들은 Cu-25Cr-X로 표현될 수 있고, 여기서, X는 0 이거나(Cu-25Cr), 3Ti-1Co 이거나(Cu-25Cr-3Ti-1Co), 3Ti-3Co 이다(Cu-25Cr-3Ti-3Co). Cu-25Cr-3Ti-1Co 및 Cu-25Cr-3Ti-3Co의 합금 주조물이 본 발명의 실시예에 해당될 수 있다. 합금 주조물을 다양한 롤 속도비(상부:하부 = 1:1, 2:1, 3:1)로 이속압연하였으며, 이때, 기준 롤 속도는 6 rpm 이었고, 롤 온도(상부/하부)는 150℃ 였다. 이속압연시 합금 주조물의 온도(즉, 시료 온도)는 25℃ 였다.
도 5b는 다양한 조성을 갖는 합금 주조물을 이속압연 방식으로 강소성 가공한 이후의 합금 판재를 촬영한 사진 이미지이다. 합금 주조물들의 조성 및 적용된 롤 속도비 조건(1:1, 2:1, 3:1), 기준 롤 속도, 롤 온도는 도 5a와 동일하였다. 단, 이속압연시 합금 주조물의 온도(즉, 시료 온도)는 400℃ 였다.
도 5c는 다양한 조성을 갖는 합금 주조물을 이속압연 방식으로 강소성 가공한 이후의 합금 판재를 촬영한 사진 이미지이다. 합금 주조물들의 조성 및 적용된 롤 속도비 조건(1:1, 2:1, 3:1), 기준 롤 속도, 롤 온도는 도 5a와 동일하였다. 단, 이속압연시 합금 주조물의 온도(즉, 시료 온도)는 800℃ 였다.
도 5b 및 도 5c를 참조하면, 실시예에 해당하는 Cu-25Cr-3Ti-1Co 및 Cu-25Cr-3Ti-3Co 조성의 합금 주조물의 경우, 시료 온도(합금 주조물 온도)가 400℃ 및 800℃인 경우, 소성 가공시 결함 발생이나 깨지는 현상 없이 강소성 변형되어 불용성 Cr 상의 미세화 및 균일분산이 이루어질 수 있음을 확인할 수 있다. Cr이 약 20 wt% 이상 포함되어, 부피 분율로는 약 60% 이상의 불용성 Cr 상을 갖는 경우에도, 실시예에서와 같은 강소성 가공을 적용하더라도 결함이나 균열 없이 판재 형태의 가공이 가능하였다. 따라서, 강소성 가공에 의해 전기 접점소재의 주요 물성들을 용이하게/획기적으로 향상시킬 수 있다. 실시예에 따르면, 중ㆍ고전압용 전기 접점소재에서 요구되는 고강도, 기준 범위의 전기전도도 및 밀도, 낮은 접점소모량, 내융착 특성 등의 주요 물성이 기존의 접점소재 대비 약 100% 이상 개선될 수 있다. 이러한 전기 접점소재를 연속 판재 형태로 용이하게 제조할 수 있다.
도 6은 다양한 조성을 갖는 합금 주조물을 이속압연 방식으로 강소성 가공한 이후의 합금 판재를 광학현미경으로 촬영한 미세조식 사진을 보여주는 이미지이다. 합금 주조물의 조성은 Cu-25Cr, Cu-25Cr-3Ti-1Co 및 Cu-25Cr-3Ti-3Co 였다. 여기서, Cu-25Cr-3Ti-1Co 및 Cu-25Cr-3Ti-3Co의 합금 주조물이 본 발명의 실시예에 해당될 수 있다. 합금 주조물을 3:1의 롤 속도비(상부:하부)로 이속압연하였으며, 기준 롤 속도는 6 rpm 이었고, 롤 온도(상부/하부)는 150℃ 였다. 이속압연시 합금 주조물의 온도 조건(즉, 시료 온도 조건)은 세가지(즉, 25℃, 400℃, 800℃) 였다.
도 7은 다양한 조성을 갖는 합금 주조물을 이속압연 방식으로 강소성 가공한 합금의 경도(hardness)(Hv)를 측정한 결과를 보여주는 그래프이다. 합금 주조물의 조성은 Cu-25Cr, Cu-25Cr-3Ti-1Co 및 Cu-25Cr-3Ti-3Co 였다. 이속압연시, 롤 온도(상부/하부)는 150℃ 였고, 합금 주조물의 온도 조건(즉, 시료 온도 조건; HRDSR 온도 조건)은 세가지(즉, 25℃, 400℃, 800℃) 였다. 도 7의 경도 데이터는 각 시료에 대해 10회씩 측정 후 그 평균 값을 나타낸 것이다. 또한, 도 7에는 레퍼런스(reference) 데이터로 상용화된 기존 Cu-Cr 접점소재의 경도 값을 표시하였다. 이는 충격강도 특성 값을 간접적으로 반영하는 것이다.
도 7을 참조하면, 실시예에 해당하는 Cu-25Cr-3Ti-1Co 및 Cu-25Cr-3Ti-3Co 조성을 갖는 전기 접점소재(합금)는 기존 합성/소결법으로 제조된 Cu-Cr 접점소재의 경도 값 보다 최대 3배 이상의 높은 경도 값을 가지는 것을 확인할 수 있다. 이는 첨가원소에 기인한 석출 특성 및 고분율의 Cr 상의 균일분산 특성 등에 기인한 것이라 할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 전기 접점소재에서 얻어진 경도 데이터는 중ㆍ고전압용 접점소재의 충격강도의 향상을 간접적으로 반영하는 것으로, 접점소재의 물성 조건에서 중요한 의미를 가질 수 있다.
도 8은 다양한 조성을 갖는 합금 주조물을 이속압연 방식으로 강소성 가공한 합금의 전기전도도를 측정한 결과를 보여주는 그래프이다. 합금 주조물의 조성은 Cu-25Cr, Cu-25Cr-3Ti-1Co 및 Cu-25Cr-3Ti-3Co 였다. 이속압연시, 롤 온도(상부/하부)는 150℃ 였고, 합금 주조물의 온도 조건(즉, 시료 온도 조건; HRDSR 온도 조건)은 세가지(즉, 25℃, 400℃, 800℃) 였다. 또한, 도 8에는 레퍼런스(reference) 데이터로 상용화된 기존 접점소재의 전기전도도 값을 표시하였다.
도 8을 참조하면, Ti 및 Co 각각의 첨가량이 3 wt% 이하일 경우, 실시예에 따른 전기 접점소재는 중ㆍ고전압용 접점소재가 갖춰야 할 수준의 전기전도도를 가질 수 있음을 확인할 수 있다. 특히, Cu-25Cr-3Ti-1Co 조성을 갖는 전기 접점소재는 요구조건을 충족하는 전기전도도를 가질 수 있다. 도 8은 Cu-25Cr-3Ti-1Co 및 Cu-25Cr-3Ti-3Co의 조성을 갖는 소재에 대해서 특정 조건들로 강소성 가공한 이후의 특성을 평가한 결과를 보여주는 것이고, 조성비를 변화시키거나 가공 조건들을 변화시킴으로써, 전기전도도 특성 값을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 9는 다양한 조성을 갖는 합금 주조물을 이속압연 방식으로 강소성 가공한 합금의 접점소모량을 측정한 결과를 보여주는 그래프이다. 합금 주조물의 조성은 Cu-25Cr, Cu-25Cr-3Ti-1Co 및 Cu-25Cr-3Ti-3Co 였다. 이속압연시, 롤 온도(상부/하부)는 150℃ 였고, 합금 주조물의 온도 조건(즉, 시료 온도 조건; HRDSR 온도 조건)은 세가지(즉, 25℃, 400℃, 800℃) 였다. 도 9는 220V-13A 접점 전류 조건에서 5000회 동안 반복적인 접점 개폐시 발열에 의해 발생하는 접점소모량을 평가한 데이터로서, 접점 테스트 전과 5000회 접점 개폐에 따른 최종 접점 테스트 후의 질량 변화 값이다. 또한, 도 9에는 레퍼런스(reference) 데이터로 상용화된 기존 Cu-Cr 합금의 접점소모량을 표시하였다.
도 9를 참조하면, Cu-25Cr 합금 대비 실시예에 해당하는 Cu-25Cr-3Ti-1Co 및 Cu-25Cr-3Ti-3Co 합금의 접점소모량이 크게 낮아진 것을 확인할 수 있다. 400℃에서 이속압연(이속롤링)된 Cu-25Cr-3Ti-1Co 합금의 접점소모량은 0.47 mg으로 상온(25℃)에서 이속압연으로 가공된 Cu-25Cr 합금의 접점소모량인 2.0 mg에 비해 대략 4배 가량 낮으며, 상용화된 Cu-Cr 합금 대비 대략 5배 가량 낮게 나타났다. 이는 본 발명의 실시예에 따른 전기 접점소재는 실제 사용 조건에서 내구성이 크게 향상될 수 있음을 의미한다.
도 10은 다양한 조성을 갖는 합금 주조물을 이속압연 방식으로 강소성 가공한 합금의 밀도를 측정한 결과를 보여주는 그래프이다. 합금 주조물의 조성은 Cu-25Cr, Cu-25Cr-3Ti-1Co 및 Cu-25Cr-3Ti-3Co 였다. 이속압연시, 롤 온도(상부/하부)는 150℃ 였고, 합금 주조물의 온도 조건(즉, 시료 온도 조건; HRDSR 온도 조건)은 세가지(즉, 25℃, 400℃, 800℃) 였다. 도 10은 전기 접점소재의 밀도를 아르키메데스 방법을 이용해서 측정한 데이터이다. 도 10에는 레퍼런스(reference) 데이터로 상용화된 기존 Cu-Cr 합금의 밀도를 표시하였다.
도 10을 참조하면, Cu-25Cr, Cu-25Cr-3Ti-1Co 및 Cu-25Cr-3Ti-3Co 합금 모두 기존 접점소재와 유사한 수준의 적합한 범위의 밀도 값을 가짐이 확인할 수 있다. 상용화된 Cu-Cr 접점소재 합금의 밀도 값(8.30 g/cm3) 대비 Ti, Co 첨가에 따른 Cu-25Cr-3Ti-1Co 및 Cu-25Cr-3Ti-3Co 합금의 밀도 값(8.13 g/cm3, 8.23 g/cm3)은 97% 수준으로 거의 동일하였다.
도 11은 다양한 조성을 갖는 합금 주조물을 이속압연 방식으로 강소성 가공한 합금에 대해 220V-13A 접점 전류조건으로 5000회 동안 접점소모량을 평가한 후의 합금 표면을 SEM(scanning electron microscope)으로 촬영한 이미지이다. 합금 주조물의 조성은 Cu-25Cr, Cu-25Cr-3Ti-1Co 및 Cu-25Cr-3Ti-3Co 였다. 이속압연시, 롤 온도(상부/하부)는 150℃ 였고, 합금 주조물의 온도 조건(즉, 시료 온도 조건; HRDSR 온도 조건)은 세가지(즉, 25℃, 400℃, 800℃) 였다.
도 11을 참조하면, 이속압연시 시료 온도가 낮을수록 불용성 Cr 상 및 석출상들이 미세하게 분포하고 있음을 관찰할 수 있으며, 이는 이속압연의 온도 조건이 내융착 특성의 영향 인자임을 보여준다. Cu-25Cr-3Ti-1Co 합금을 400℃에서 이속압연한 시편의 경우, 접점소모량 테스트 후 아크(arc) 표면에 가장 미세하고 균일한 불용성 Cr 상 및 제2상들이 분포하고 내융착 특성이 가장 우수함을 확인할 수 있으며, 이는 접점소모량 평가를 잘 뒷받침해 주는 결과라고 할 수 있다.
도 12a는 Cu-25Cr 합금 시료의 이속압연에 의한 강소성 가공 후 TEM(transmission electron microscopy) 및 HAADF(high-angle annular dark-field imaging)에 의한 미세구조 이미지를 보여준다. 이때, 이속압연시 합금 시료의 온도는 25℃ 였다.
도 12b는 Cu-25Cr-3Ti-1Co 합금 시료의 이속압연에 의한 강소성 가공 후 TEM 및 HAADF에 의한 미세구조 이미지를 보여준다. 이때, 이속압연시 합금 시료의 온도는 400℃ 였다.
도 12c는 Cu-25Cr-3Ti-3Co 합금 시료의 이속압연에 의한 강소성 가공 후 TEM 및 HAADF에 의한 미세구조 이미지를 보여준다. 이때, 이속압연시 합금 시료의 온도는 400℃ 였다.
도 12a 내지 도 12c를 참조하면, 실시예에 따른 첨가원소에 의해 석출된 미세한 석출물들이 불용성 Cr 상의 워크-프레임(work-frame) 형성을 억제하고 조직 미세화에 기여하였음을 확인할 수 있다.
아래의 표 3은 표 3은 Cu-25Cr-X (여기서, X는 0, 3Ti-1Co, 3Ti-3Co) 합금 시료의 판재 양산화를 위한 합금 조성과 강소성 가공 조건 간의 상호 관계를 정리한 것이다. 표 3에서 ×는 가공 특성 등이 좋지 않은 것을 나타내고, ○는 가공 특성 등이 대체로 양호한 것을 나타내며, ●는 가공 특성 등이 대체로 우수하다는 것을 나타낸다.
Figure 112020074457609-pat00001
표 3을 참조하면, Cu-25Cr-3Ti-1Co 및 Cu-25Cr-3Ti-3Co 합금 시료의 경우, 예를 들어, 3:1의 롤 속도비 및 약 400℃ 정도의 가공 온도로 가공하는 것이 적합할 수 있다. 그러나 이는 예시적인 것에 불과하고, 경우에 따라, 조성비 또는 기타 다른 조건에 따라서 가공 특성이나 조건은 다양하게 변화될 수 있다.
아래의 표 4는 주조 및 이속압연 가공에 의한 Cu-25Cr-X (여기서, X는 0, 3Ti-1Co, 3Ti-3Co) 합금 시료의 광학현미경 및 TEM에 의한 미세구조 관찰을 통한 불용성 Cr 상의 워크-프레임(work-frame) 형성 및 조대화를 억제하는 석출상들의 모폴로지(morphology)와 크기 범위를 정리한 것이다. 표 4에서 측정 값들의 단위는 ㎛ 이다.
Figure 112020074457609-pat00002
표 4를 참조하면, Cu-25Cr-3Ti-1Co 및 Cu-25Cr-3Ti-3Co 합금 시료의 경우, 불용성 Cr 상의 워크-프레임(work-frame) 형성 및 조대화를 억제/방지할 수 있고, 우수한 미세구조 특성을 확보할 수 있음을 확인할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 전술한 Cu-Cr계 전기 접점소재를 포함하는 진공 차단기(vacuum interrupter)를 제조할 수 있다. 이때, 전기 접점소재의 물질/구성을 제외한 진공 차단기의 나머지 구조는 잘 알려진 바와 같을 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 배제한다. 또한, 전술한 Cu-Cr계 전기 접점소재는 진공 차단기가 아닌 다른 전자 장치에도 적용될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따르면, Cu-25Cr 시료 대비 Ti와 Co가 첨가된 Cu-25Cr-X (X=Co, Ti) 시료는 불용성 Cr 상 및 결정립이 약 5∼10배 이상 미세해지는 효과를 얻을 수 있다. 이는 첨가된 Ti, Co 원소들이 Cr 상 주위에서 Cr2Ti, Co1.5Cr0.5Ti 상 등으로 석출하여 불용성 Cr 상의 워크-프레임(work-frame) 및 조대화를 억제하고, 주조시 급냉 효과와 더불어 강소성 가공시 강한 소성 변형력의 도입과 비교적 낮은 소성 가공 공정 온도로 인하여, 결정립/불용성 Cr 상의 조대화가 효과적으로 억제되었기 때문일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, Mo, W과 같은 고가의 고융점 원료 분말 소재를 사용하지 않고 주조 및 소성 가공 공정을 조합함으로써, 기존 분말의 합성/소결 공정으로는 얻을 수 없는 판재 형태의 소재를 대량 생산할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공정 제어로 얻을 수 있는 중ㆍ고압용 Cu-Cr계 전기 접점소재는 진공주조법으로 원소재를 제조하여 상온∼400℃ 정도의 온도에서 강소성 가공을 통해 기존 분말법에 의한 중ㆍ고압용 Cu-Cr 전기 접점소재의 주요 물성보다 우수한 물성을 확보하는 것이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에서 제시하는 최적 또는 적정 범위의 가공조건 하에서 이속압연된 Cu-25Cr-3Ti-1Co 접점소재의 경우, 광학현미경 미세구조로부터 관찰되는 불용성 Cr 상의 크기는 20∼5.4㎛ 정도로 워크-프레임(work-frame)이 발생하지 않고, 기존 주조재에 비해 약 5∼10배 가량의 조직 미세화가 가능할 수 있다.
분말야금법에 의해 상용화된 Cu-25Cr 접점소재의 경도 값은 대략 90Hv 이하인 반면, 진공주조법에 의해 합금 제조 후 상온에서 이속롤링된 Cu-25Cr 시료의 경우 경도 값이 167Hv로 대략 2배 가량 향상되었다. 이는 전기 접점소재의 주요물성인 충격강도 값이 향상될 수 있음을 의미한다.
합금원소가 첨가된 Cu-25Cr-X (X=Ti, Co) 합금의 경우, 시료 온도를 약 400℃로 하여 이속압연하는 경우에 판재의 결함이 없는 연속 판재를 얻을 수 있었고, 합금의 경도도 크게 증가하였다. Cu-25Cr-3Ti-1Co의 경우 253Hv, Cu-25Cr-3Ti-3Co 합금의 경우 274Hv로 상용화 접점소재 대비 대략 3배 이상 높은 경도 특성이 확보되었다. 또한, Cu-25Cr-X (X=Ti, Co) 합금 중 Ti, Co 함량을 각각 3wt%, 1wt% 이내로 제어하여 이속압연에 의해 제조한 시료는 접점소재가 가져야 할 전기전도도 특성 범위 내의 전기적 특성을 나타내어 중ㆍ고압 접점소재로써 갖추어야 기본물성 이상의 우수한 물성 확보가 가능하였다.
기존의 상용화된 합금 대비 Ti, Co가 첨가된 Cu-25Cr-X 합금이 확연하게 낮은 접점소모량을 나타냈으며, 특히, 400℃에서 이속압연된 Cu-25Cr-3Ti-1Co 합금의 접점소모량은 0.47 mg으로 상온에서 이속롤링으로 가공된 Cu-25Cr 합금의 접점소모량 2.0 mg에 비해 대략 4배 가량 향상되었고, 상용화된 Cu-25Cr 합금 대비 대략 5배 가량 향상되었다. 이는 Ti, Co 첨가에 따른 합금 설계와 더불어 강소성 가공에 따른 미세구조 제어 효과를 반영한다.
Cu-25Cr-3Ti-1Co 합금을 400℃에서 이속압연한 시편의 경우, 접점소모량 테스트 후 아크(arc) 표면에 가장 미세하고 균일한 불용성 Cr 상 및 제2상들이 분포하고 내융착특성이 우수한 것을 확인할 수 있다. 이외에도 TEM 및 HAADF 관찰을 통해 미세 석출상 확인 및 제어된 크기를 확인한 결과, 상온 이속압연에 의해 제조된 Cu-25Cr 합금의 경우, 불용성 Cr 상의 워크-프레임(work-frame)은 완전히 깨지고, 더불어 1㎛ 이하의 미세 크기의 Cr이 Cu 기지에 분산되어 있음을 확인하였고, Cu 기지와 불용성 Cr 상의 젖음성 또한 우수함을 관찰할 수 있었다. Cu-25Cr-X (X=Ti, Co) 합금의 경우, 약 400℃의 온도가 우수한 요구 물성 및 미세구조를 얻는데 유리할 수 있음을 확인하였다. 그러나 이러한 온도 조건은 예시적인 것에 불과하고, 조성비 및 다른 조건의 변화에 따라 적정 온도 조건은 달라질 수 있다.
제2상의 분율이 60% 이상으로 높은 것과 미세한 다량의 석출물의 분산은 밀접한 관련이 있을 수 있다. Cr 상의 워크-프레임(work-frame)이 완전히(거의 완전히) 깨지고, 조대한 Cr 상과 더불어 1∼2 ㎛ 크기의 Co-Ti 석출물이 Cu 기지 내 다량 분산되어 있음이 TEM 및 HAAF 관찰 결과 확인되었다. 아울러 Cu 기지와 불용성 Cr 상, Co-Ti 석출상들은 강소성 가공 후에도 우수한 젖음성을 나타냈다. Cu-25Cr-3Ti-3Co 합금의 경우, 400℃의 온도에서 이속 가공에도 불구하고 TEM 및 HAADF 미세구조에 관찰에 의하면 불용성 Cr 상은 4㎛, Cu 기지에 고용되었던 Ti, Co 원소가 200nm 수준의 미세한 Co-Ti 석출물을 형성하고 있음을 확인할 수 있었다. 또한, 위에서 언급한 바와 같이 기지와 불용성 Cr 상과 Co-Ti 화합물 간의 젖음성 또한 우수하였다. 실시예에 따르면, 불용성 Cr 상과 미세 석출상의 기지와의 젖음성은 매우 우수하며, Ti, Co 합금화 원소 첨가에 의해 약 60∼70%에 육박하는 분산상 및 석출상이 내재된 합금 조성의 고경도 난가공성 접점소재를 워크-프레임(work-frame) 및 덴드라이트(dendrite) 상을 제어/억제함으로써, 연속 판재의 형태로 소성 가공할 수 있다. 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 실시예에 따른 기술적 특징에 의해 기대되는 효과 및 그 잠정적인 효과가 더 있을 수 있다.
본 명세서에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다. 예들 들어, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 도 1 내지 도 12c를 참조하여 설명한 실시예에 따른 Cu-Cr계 전기 접점소재와 그 제조방법 및 Cu-Cr계 전기 접점소재를 적용한 전자 장치는 다양하게 변형될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 사상 및 이와 관련된 공정 조건들은 소성 변형이 크지 않은 Mg 합금 소재 등에도 적용 가능하고, 아울러, 전기 접점소재의 적용 분야는 진공 차단기 이외에도 다양할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 때문에 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 *
1 : 합금 주조물의 일부 2 : 합금 주조물의 다른 일부
3 : 상부 롤 4 : 하부 롤
10 : 합금 주조물 S10, S20, S30 : 단계들

Claims (23)

  1. Cu-Cr계 전기 접점소재의 제조방법으로서,
    주요 구성물질로 Cu 및 Cr을 포함하고 첨가제로 Ti 및 Co를 포함하는 용융된 형태의 주조재를 마련하는 단계;
    상기 주조재로부터 주조된 것으로, Cu, Cr, Ti 및 Co를 포함하는 합금 주조물을 형성하는 단계; 및
    상기 합금 주조물을 이속압연(differential speed rolling) 공정으로 가공하는 단계;를 포함하는, Cu-Cr계 전기 접점소재의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 주조재에서 Cu 및 Cr의 총량에 대한 Cr의 함량은 20 wt% 이상인 Cu-Cr계 전기 접점소재의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 주조재에서 Ti의 함량은 5 wt% 이하이고, Co의 함량은 5 wt% 이하인 Cu-Cr계 전기 접점소재의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 주조재에서 Cu 및 Cr의 총량에 대한 Cr의 함량은 20∼30 wt% 이고,
    상기 주조재에서 Ti의 함량은 1∼3 wt% 이고, Co의 함량은 1∼3 wt% 인 Cu-Cr계 전기 접점소재의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 주조재에서 Cu 및 Cr의 총량에 대한 Cr의 함량은 25 wt% 이고,
    상기 주조재에서 Ti의 함량은 3 wt% 이고, Co의 함량은 1 wt% 인 Cu-Cr계 전기 접점소재의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 합금 주조물은 상기 주조재를 진공주조법으로 주조하여 형성하는 Cu-Cr계 전기 접점소재의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 이속압연 공정에서 상기 합금 주조물의 온도는 400℃ 이하인 Cu-Cr계 전기 접점소재의 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 이속압연 공정은 상부 롤과 하부 롤 사이로 상기 합금 주조물을 통과시켜 수행하고, 상기 상부 롤과 하부 롤의 속도비는 3:1 이상인 Cu-Cr계 전기 접점소재의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 이속압연 공정에서 기준 롤 속도는 6±3 rpm 인 Cu-Cr계 전기 접점소재의 제조방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 이속압연 공정은 상부 롤과 하부 롤 사이로 상기 합금 주조물을 통과시켜 수행하고, 상기 상부 롤 및 상기 하부 롤의 온도는, 각각 독립적으로 150±30℃ 인 Cu-Cr계 전기 접점소재의 제조방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 합금 주조물은 Co-Ti 화합물, Cr-Ti 화합물 및 Co-Cr-Ti 화합물 중 적어도 하나를 더 포함하는 Cu-Cr계 전기 접점소재의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 Cr-Ti 화합물은 Cr2Ti를 포함하고, 상기 Co-Cr-Ti 화합물은 Co1.5Cr0.5Ti를 포함하는 Cu-Cr계 전기 접점소재의 제조방법.
  13. 청구항 1 내지 12 중 어느 한 항에 기재된 방법을 이용해서 제조된 Cu-Cr계 전기 접점소재.
  14. Cu-Cr계 전기 접점소재로서,
    Cu 기지 내에 Cr, Ti 및 Co가 함유된 합금 주조물을 구비하고, 상기 합금 주조물은 상기 Cr, Ti 및 Co 중 적어도 두 개에 의한 화합물 형태의 석출물을 포함하도록 구성된, Cu-Cr계 전기 접점소재.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 합금 주조물에서 Cu 및 Cr의 총량에 대한 Cr의 함량은 20 wt% 이상인 Cu-Cr계 전기 접점소재.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 합금 주조물에서 Ti의 함량은 5 wt% 이하이고, Co의 함량은 5 wt% 이하인 Cu-Cr계 전기 접점소재.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 합금 주조물에서 Cu 및 Cr의 총량에 대한 Cr 함량은 20∼30 wt% 이고,
    상기 합금 주조물에서 Ti의 함량은 1∼3 wt% 이고, Co의 함량은 1∼3 wt% 인 Cu-Cr계 전기 접점소재.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 석출물은 Co-Ti 화합물, Cr-Ti 화합물 및 Co-Cr-Ti 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 Cu-Cr계 전기 접점소재.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 Cr-Ti 화합물은 Cr2Ti를 포함하고, 상기 Co-Cr-Ti 화합물은 Co1.5Cr0.5Ti를 포함하는 Cu-Cr계 전기 접점소재.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 합금 주조물에서 상기 Cr의 적어도 일부는 불용성 Cr 상으로 존재하고, 상기 불용성 Cr 상의 평균 입자 사이즈는 35 ㎛ 이하인 Cu-Cr계 전기 접점소재.
  21. 제 14 항에 있어서,
    상기 합금 주조물은 상기 석출물로 Co-Ti 화합물을 포함하고, 상기 Co-Ti 화합물의 평균 입자 사이즈는 200 nm 이하인 Cu-Cr계 전기 접점소재.
  22. 제 14 항에 있어서,
    상기 Cu-Cr계 전기 접점소재는 160 Hv 내지 300 Hv 범위의 경도(hardness)를 갖는 Cu-Cr계 전기 접점소재.
  23. 청구항 14 내지 22 중 어느 한 항에 기재된 Cu-Cr계 전기 접점소재를 포함하는 진공 차단기(vacuum interrupter).
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